超聲振動對CMT電弧增材制造鋁合金組織與性能的影響

張驥俊， 邢彥鋒， 曹菊勇

(上海工程技術大學 機械與汽車工程學院， 上海 201620)

增材制造(Additive manufacturing, AM)是將金屬熔化再逐層堆積成工件的新型制造工藝，具有材料利用率高、復雜結構直接成型等優點,已被應用于航天航空及軍工領域[1]。冷金屬過渡(Cold metal transfer, CMT)焊作為一種新型焊接工藝，具有焊接過程中弧長控制較為精確，熱輸入量小、飛濺少等工藝特點，適用于鋁合金等低熔點金屬的增材制造[2]。然而，電弧增材制造(Wire arc additive manufacturing, WAAM)過程中會出現的氣孔、裂紋、晶粒粗大等缺陷，會降低材料的力學性能。目前主要有引入顆粒[3]、工藝優化[4]、焊后熱處理[5]、機械處理[6]以及超聲振動輔助等方法來減少缺陷。Zhang等[7]利用工作臺振動實現了高強度鋁合金的增材制造，發現隨著振動增強，熔池產生強烈攪拌作用，細化晶粒、減少氣孔、降低孔隙率，提高拉伸性能。何智等[8]發現超聲沖擊使得鈦合金沉積層內的粗大柱狀晶轉化為細小等軸晶粒，各向異性減小。陳偉等[9]研究了不同層間溫度下超聲振動對電弧增材制造Cu-8Al-2Ni-2Fe-2Mn合金組織及力學性能的影響。Yuan等[10]發現高強度超聲波的引入有效地中斷了激光線材增材制造中pre-β晶體的外延生長趨勢，削弱了pre-β晶體的織構強度，從而細化晶粒。Jian等[11]發現超聲振動在熔體中產生的空化效應促進了鋁合金液相線溫度附近熔體的異質形核。

目前眾多學者對超聲振動電弧增材制造不同材料進行了研究，而對于影響超聲振動產生的能量，諸如頻率、振幅、距焊縫距離等參數的研究較少。……