1．目的及意义

1.1目的及意义

电弧增材制造技术是一种利用逐层熔覆原理，采用焊机产生的电弧为热源，根据预定设计好的轨迹程序，通过自动填敷丝材，而使金属构件高效成型的数字化加工制造方法。丝材电弧增材制造技术具有沉积效率高、生产制造周期短、设备成本低、焊丝利用率高、易于修复零件、成形件尺寸不受限制等优点，特别适用于小批量产品的生产制造，尤其是大尺寸、复杂形状零件的低成本、高效快速成形^[1]。然而，电弧增材制造技术也存在一定的局限性，例如成型件存在各向异性^[2]、性能较差且不稳定等。热处理可以有效得调整增材制造金属的组织与力学性能，使之更加符合增材制造产品的使用性能要求^[3]。因此，探究电弧增材制造产品的各向异性和后处理对力学性能的影响具有重要的意义^[4]。

1.2国外研究现状

Rios,sergio等^[5]利用电弧增材制造Ti-6Al-4V的道间温度和材料特性参数开发了一种用于预测层间高度和壁宽的分析模型，并估计了控制工件温度对沉积几何精度的影响。Cardozo,Eloisa pereira等^[6]利用共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和显微硬度分析仪对粉末电弧增材制造和丝材电弧增材制造的多层组分进行了分析。结果显示，多层组分的微观结构和机械性能受原料的影响，主要是因为加工过程中需要不同的参数。Martina,filomeno等^[7]研究了使用不锈钢电弧增材制造来实现高沉积速率以减少交付周期和制造成本的可行性。分析了制造的部件的机械和冶金性能以评估限制和沉积速率达到的最大程度，而制造部件中没有明显的失效和缺陷，实现了9.5kg/h的沉积速率。Honnlge J.R等^[8]研究了两种不同的用于控制残余应力和变形的轧制技术。在壁的顶部上施加垂直轧制以在沉积之后使每个层变形的技术实际上消除了失真，但产生了特征性的残余应力分布。在完成之后墙的侧表面上施加侧面轧制的技术更有效，甚至可以反转失真。Colegrove P.A等^[9]研究发现与单通道壁相比Ti-6Al-4V电弧增材制造交叉点中的应力较低 ，并且与具有其他相同几何形状的不连续壁相比连续壁中的应力较大。通道见轧制可以产生所需的晶粒细化而不会对残余应力的发生产生影响。

1.3国内研究现状

卜星等^[10]利用冷金属过渡技术热输入量小、焊接无飞溅、电弧稳定等优点，设计了电弧增材制造成形系统。并利用该系统研究了焊接工艺参数对焊缝熔宽和层间增高量的影响。通过薄壁铝合金花瓶零件成形试验验证了预测模型的可靠性及成形系统的可行性。赵孝祥等^[11]探讨了MIG焊熔滴过渡形式对零件成形精度的影响，研究了零件成形几何尺寸与焊接工艺参数的关系。结果表明，熔覆层宽度与焊接电流呈线性增加的关系，成形路径对成形精度影响很大。何磊^[12]以双脉冲电弧为热源，探究了低频频率、电弧特性等对高强Al-Mg铝合金增材制造气孔缺陷、力学性能等的影响。结果表明：仔细清除母材及丝材表面油污等杂质可从源头上降低气孔形核率。采用强弱脉冲周期变化等方法降低结晶速度有利于增材过程中氢气的逸出。从保强等^[13]研究结果表明，控制热输入、工作环境和送丝速度三个因素可有效控制铝合金电弧增材制造成形件内部的气孔缺陷，控制送丝速度和焊接速度比可实现对铝合金增材制造成形高度和宽度的有效控制。周祥曼等^[14]建立了纯氩保护电弧增材制造的电弧磁流体动力学三维数值模型，通过模拟计算获得了增材制造特有的单道和多道搭接熔积条件下不同表面形貌对应的电弧形态以及相应的温度场、流场、电流密度、电磁力、电弧压力分布。柏久阳等^[15]发现单层多道结构的上表面形貌由单条焊道形貌、焊道间距和焊道数目共同决定，建立了焊道间距计算模型。

综上所述，目前电弧增材制造技术研究重点主要还是集中在工艺优化、金属构件成形精度的提高和组织与性能的改善方面。但对电弧增材制造产品的各向异性和后处理对力学性能的影响方面的研究相对不足。故本研究在当前具有重要意义。{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}2.1研究的基本内容及目标

1. 电弧增材制造零件的各向异性表征

   利用电弧增材制造设备制造电弧增材制造样件，取产品水平方向、垂直方向和45°方向三个方向的试样，分别观察其显微组织，并测试三个方向试样的硬度分布和三个方向试样的拉伸和压缩性能。利用硬度和拉伸压缩性能表征电弧增材制造样件的各向异性。

2. 电弧增材工艺参数优化

   利用电弧增材制造设备制造电弧增材制造产品，测定电弧增材制造的最大成形角。改变电弧增材制造的工艺参数，测定与其对应的最大成形角来研究电弧增材制造工艺参数对最大成形角的影响，达到对电弧增材制造工艺参数进行优化的目的。

3. 后处理对力学性能的影响规律

   研究电弧增材制造过程中热处理对电弧增材制造产品力学性能的影响规律。制作试样件，在样件制作完成之后进行热处理。对热处理之后的试样件的显微组织进行观察并进行拉伸和压缩试验以测定其力学性能。将热处理之后的试样件力学性能与（1）中未进行热处理的试样件力学性能进行对比，以达到研究后处理对力学性能影响规律的目的。

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