高氮钢-316L不锈钢双丝PMIG电弧增材工艺研究

发布时间：2022-07-08 14:56

　　本课题基于双丝PMIG焊接机器人,分析增材工艺对高氮钢（高氮奥氏体不锈钢）与316L不锈钢成形特性、层道组织及力学性能的影响。开展增材工艺参数筛选和多道重叠堆积试验,随后进行电弧增材成形异材交织结构的工艺研究。首先研究了保护气成分及热输入量对高氮钢沉积单道成形、氮含量、气孔率的影响。在保护气中加入少量O2能提高沉积过程稳定性,增加层间氮含量,降低层道气孔率。保护气中加入少量N2能减少表面气孔率,有效提高层间氮含量;过量N2对层间氮含量提升不明显,且会导致电弧失稳,气孔缺陷增加。热输入的大小影响熔池存在时间,熔池存在时间的增加会造成层道氮含量的下降,增加层道气孔率与气孔直径。随后对两种材料分别开展沉积单道成形特性工艺研究,确定了两种材料的增材工艺参数窗口,并探索了增材工艺参数对沉积单道宏观几何尺寸的影响规律。接着进行高氮钢单道多层直壁体试验,研究层间温度及保护气成分对其成形、组织及力学性能的影响。从50℃的层间温度开始,直壁体拉伸样件抗拉强度随着层间温度的升高有先增后减的变化规律。随着层间温度的升高,金相上的表现为树枝晶形态组织开始变得粗大,生长方向趋于一致;断口微观形貌上变化为:第二相... 

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 增材制造技术国内外研究现状
        1.1.1 高能束流增材制造技术
        1.1.2 电弧增材制造技术
    1.2 高氮奥氏体(γ)不锈钢增材研究现状
        1.2.1 高氮钢增材时氮含量及气孔问题
        1.2.2 高氮钢增材的力学行为及组织变化
    1.3 课题背景及研究意义
    1.4 本文主要研究的内容
2 实验设备和实验方法
    2.1 机器人增材成形试验系统
        2.1.1 机器人系统
        2.1.2 焊接电源和送丝系统
        2.1.3 混气装置
    2.2 试验方法
        2.2.1 试验材料
        2.2.2 沉积单道线能量采集
        2.2.3 增材结构微观组织观察
        2.2.4 力学性能分析
3 保护气成分及热输入对高氮钢沉积单道的影响
    3.1 高氮钢沉积单道工艺试验
    3.2 增材工艺参数对层道表面成形的影响
    3.3 增材工艺对层道中氮含量的影响
        3.3.1 保护气中氮气比例对层道氮含量的影响
        3.3.2 活性气体对层道氮含量的影响
        3.3.3 热输入对层道氮含量的影响
    3.4 增材工艺对层道中气孔率的影响
    3.5 本章小结
4 高氮钢与316L不锈钢沉积单道成形特性研究
    4.1 沉积单道表面成形质量分析
        4.1.1 高氮钢沉积单道表面成形质量分析
        4.1.2 高氮钢合理沉积参数选择
        4.1.3 316L不锈钢沉积单道表面成形质量分析
        4.1.4 316L不锈钢合理沉积参数选择
    4.2 沉积单道宏观尺寸分析
        4.2.1 沉积单道宏观尺寸及测量方式
        4.2.2 高氮钢沉积单道宏观尺寸分析
        4.2.3 316L不锈钢沉积单道宏观尺寸分析
    4.3 本章小结
5 高氮钢单道多层增材结构件成形与性能分析
    5.1 层间温度对单道多层试样(直壁体)的影响
        5.1.1 层间温度对高氮钢直壁体成形质量的影响
        5.1.2 层间温度对高氮钢直壁体抗拉强度的影响
    5.2 保护气成分对单道多层试样(直壁体)的影响
        5.2.1 保护气成分对高氮钢直壁体成形质量的影响
        5.2.2 保护气成分对高氮钢直壁体抗拉强度的影响
    5.3 本章小结
6 多道重叠沉积工艺参数筛选与成形分析
    6.1 最佳沉积单道选择
    6.2 异材沉积单道增材工艺参数筛选
    6.3 相邻层道间距选择
        6.3.1 道间距与成形件表面质量的关系
        6.3.2 重叠模型的原理及理想道间距预测
        6.3.3 高氮钢和316L不锈钢单层多道道间距试验
    6.4 本章小结
7 多层多道增材结构成形与力学性能分析
    7.1 增材交织结构设计以及宏观形貌
    7.2 增材结构组织分析
        7.2.1 异材界面金相及EDS分析
        7.2.2 沉淀析出相
    7.3 增材结构显微硬度分析
    7.4 增材结构拉伸性能分析
    7.5 增材结构冲击试验及性能分析
    7.6 本章小结
8 电弧增材成形高强仿生结构试验
    8.1 电弧增材与贝壳仿生技术
    8.2 电弧增材及高氮钢飞溅问题
    8.3 高强仿生结构增材试验
    8.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]TiB2增强Al-Si复合材料激光增材制造工艺及性能研究[J]. 廉清,吴一,王浩伟,马乃恒.  热加工工艺. 2017(22)
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[4]增材制造技术在船舶制造领域的应用进展[J]. 周长平,林枫,杨浩,王振强,姜风春,陈海龙.  船舶工程. 2017(02)
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[7]金属增材制造技术在航空发动机领域的应用[J]. 张小伟.  航空动力学报. 2016(01)
[8]钛合金增材制造技术研究现状及展望[J]. 邓贤辉,杨治军.  材料开发与应用. 2014(05)
[9]航空用钛合金结构件激光成形技术研究进展[J]. 柏林,赵志国,龚海波,李黎,李怀学.  航空制造技术. 2013(11)
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博士论文
[1]高氮奥氏体不锈钢的力学行为及氮的作用机理[D]. 王松涛.中国科学院研究生院（理化技术研究所） 2008

硕士论文
[1]PAAM过程参数监控及层间温度影响规律研究[D]. 张天齐.南京理工大学 2017
[2]基于CMT的铝合金电弧增材制造（3D打印）技术及工艺研究[D]. 张瑞.南京理工大学 2016
[3]高氮钢MIG焊工艺及接头组织与性能研究[D]. 王崇志.长春工业大学 2016



本文编号：3657233