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焊接热源增材制造

/additive manufacturing with welding heat source/
条目作者都东

都东

最后更新 2022-01-20
浏览 143
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以激光、电子束和焊接电弧为热源,以计算机复制设计/制造为基础,将材料(流体、粉材、丝材、块体)逐层累加制造实体零件的快速成形技术。

英文名称
additive manufacturing with welding heat source
所属学科
冶金工程

优势在于可以缩短产品制造周期,尤其适于低成本、小批量产品制造,而且越是结构复杂、原材料附加值高的产品(见图),其快速高效成形的优势越显著。

激光增材制造技术激光增材制造技术

焊接热源增材制造技术可分为三类:激光、电子束和焊接电弧。

以激光、电子束为热源的粉基金属增材制造技术,通过不断熔化或烧结金属粉来连续逐层制备复杂结构零部件,已应用于航空航天、能源动力等技术领域部分关键零部件的制造。但激光、电子束金属粉基增材制造技术在成形某些特定结构或特定成分构件时受到一定限制而无法实现或即使可以成形,其原材料、时间成本很高,具有诸多不足之处:①对于激光热源,其成形速率慢、铝合金对激光的吸收率低等。②对于电子束热源,真空室尺寸对构件体积的限制。③粉基金属原材料制备成本较高、易受污染、利用率低等均增加了原料成本。送丝电弧增材制造技术是一种基于离散-堆积制造思想,以焊接电弧作为载能束(热源)熔化金属丝材,根据零件三维数字模型,沿设定的成形路径,采用线-面-体逐层堆积的方式实现三维实体零件成形的金属增材制造技术。电弧稳定、无飞溅的非熔化极气体保护填丝焊和基于熔化极惰性/活性气体保护焊开发出的冷金属过渡技术成为目前可用的热源提供方式。

送丝电弧增材制造的优势在于制造设备简单、丝材利用率高、生产效率高、生产成本低、整体制造周期短、对零件尺寸限制少等,特别是具有原位复合制造以及成形大尺寸零件的能力。而且电弧增材制造的零件力学性能好:由全焊缝金属组成,化学成分均匀、致密度高;在多重堆积过程中,经历多次加热过程,得以充分淬透和回火,得以避免大型铸锻件不易淬透、宏观偏析、长度和直径方向上强韧性不一致等问题。

较之激光、电子束增材制造技术而言,焊接电弧增材制造技术具有热流密度较低、熔池和热影响区较大、热源总强度较高等特征。成形过程中往复移动的瞬时点热源与成形环境强烈相互作用,且存在冷态原材料、电弧力等扰动因素,其热边界条件具有非线性时变特征,故成形过程稳定性控制是获得连续一致成形形貌的难点,形貌尺寸精度控制是金属零件电弧增材制造技术的主要瓶颈。

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