电弧摆动对CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金气孔和力学性能的影响

内容来源：3D科学谷

南昌航空大学刘奋成教授团队针对电弧摆动对CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金气孔和力学性能的影响开展了一系列研究。相关研究成果以“Effect of arc oscillation on porosity and mechanical properties of 2319 aluminum alloy fabricated by CMT-wire arc additive manufacturing”为题发表在《Journal of Materials Research and Technology》》上。

研究内容简介

冷金属过渡（Cold Metal Transfer, CMT）作为一种新的熔化极惰性气体保护焊接方法，将熔滴过渡与焊丝回抽相结合，能够降低焊接热输入且熔覆效率高、焊后变形小，在复杂和薄壁铝合金零件的增材和修复方面具有优势。但其金属过渡温度较低，熔池的冷却速度高，气体逸出的时间较短，容易在熔池内产生气孔，特别在铝合金的增材制造应用中，气孔问题尤为突出。在焊接过程中通过电弧摆动来改善焊接质量是常用工艺方法，可以通过摆动来拓宽电弧的作用范围，增大熔池的面积，均匀组织，减少缺陷，改善成形质量。

南昌航空大学刘奋成教授团队针对电弧摆动对CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金气孔和力学性能的影响开展了一系列研究。研究团队以2319铝合金为研究对象，将电弧摆动加入2319铝合金的CMT电弧熔丝增材制造过程，在保持焊接速度、送丝速度和气流量等工艺参数不变的基础上，研究了电弧摆动方式对铝合金气孔分布数量和力学性能的影响。本研究可为电弧摆动技术发展及铝合金气孔缺陷控制提供参考。

图1 电弧摆动示意图（a）无摆动；（b）螺旋形摆动；（c）不对称梯形摆动。

图2 电弧增材制造2319铝合金示意图 (a) 采样位置示意图 (b) 拉伸试样几何尺寸( mm )。

图3 各电弧摆动模式下气孔尺寸数量统计结果。

图4 不同电弧摆动模式CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金试样显微组织（a）无摆动；（b）不对称梯形摆动；（c）螺旋形摆动；（d）-（f）局部放大图。

图5 单道多层沉积CMT – WAAM 2319铝合金金相组织（a）无摆动；（b）不对称梯形摆动；（c）螺旋形摆动。

图6 固溶+时效后不同电弧模式下2319铝合金SEM图（a）无摆动；（b）不对称梯形摆动；（c）螺旋形摆动。

图7 不同电弧摆动模式下铝合金单道多层的显微硬度。

图8 不同电弧摆动模式下室温拉伸性能数据（a）抗拉强度；（b）塑性。

图9 不同电弧摆动模式下拉伸断口（a）纵向无摆动；（b）纵向不对称梯形摆动；（c）纵向螺旋摆动；（d）横向无摆动；（e）横向不对称梯形摆动；（f）横向螺旋摆动。

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