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(shù)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)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(fù)雜結(jié)構(gòu)直接成型等優(yōu)點,已被應(yīng)用于航天航空及軍工領(lǐng)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(xiàn)的氣孔、裂紋、晶粒粗大等缺陷，會降低材料的力學(xué)性能。目前主要有引入顆粒[3]、工藝優(yōu)化[4]、焊后熱處理[5]、機(jī)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(xiàn)了高強(qiáng)度鋁合金的增材制造，發(fā)現(xiàn)隨著振動增強(qiáng)，熔池產(chǎn)生強(qiáng)烈攪拌作用，細(xì)化晶粒、減少氣孔、降低孔隙率，提高拉伸性能。何智等[8]發(fā)現(xiàn)超聲沖擊使得鈦合金沉積層內(nèi)的粗大柱狀晶轉(zhuǎn)化為細(xì)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(xué)性能的影響。Yuan等[10]發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)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(gòu)強(qiáng)度，從而細(xì)化晶粒。Jian等[11]發(fā)現(xiàn)超聲振動在熔體中產(chǎn)生的空化效應(yīng)促進(jìn)了鋁合金液相線溫度附近熔體的異質(zhì)形核。

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