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焊接熔敷快速成形技术
焊接熔敷快速成形技术的定义与机理
定义：
采用现有的各种成熟的焊接技术、焊接设备与工艺方法，用逐层堆焊的方法制造出全部由焊缝金属组成的零件，也称熔化成型或件的性能与几何精度。因此,提高焊接熔敷快速成形零件精度的对策应该从以下几方面考虑。
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叠层堆积材料数量的准确控制
焊接熔敷快速成形中叠层堆积材料由熔化的焊—接材料和局部基体两局部构成。因此,欲准确控制叠层堆积材料的数量,就必须控制焊接材料和基体的熔化。因为焊接材料通过高温熔化的金属熔滴过渡到焊接熔池,所以首先要实行熔滴控制,即熔滴金属的尺寸、温度、过渡频率、过渡方式的控制。通过控制熔滴的大小、过渡频率就可以直接控制熔入焊接熔池的材料数量,这主要通过控制焊接工艺参数实现对金属熔滴的长大、别离、过渡等过程的控制。文献[11]对焊接熔敷快速成形中的熔滴控制进展了研究,结果明确通过熔滴控制可以成形较高精度的零件。但是,相关的研究还很不够,今后应该继续这方面的进一步研究。
焊接热输入量的控制
焊接热输入包括输入熔滴和基体的热量,为了实现工艺控制,二者的比例应当可以调节。对于一样的熔敷速度,不同的熔滴过渡模式带入基体的热量不同。因此,通过控制焊接工艺参数,选择最优的熔滴过渡模式,使得输入熔滴和基体的热量适宜,获得最优的熔敷堆积效果是重要的研究内容。
焊接熔池形状的控制
焊接熔池形状对焊道形状的影响较大,应该通过控制基体的热量输入,保持焊接熔池形状的稳定,以便获得稳定的焊接熔敷质量。
焊接变形与剩余应力对精度的影响
焊接过程受热的非均匀性导致的热应力与变形,将严重影响成形零件的几何精度和外表粗糙度。因此,对焊接熔敷成形过程的热应力、变形以与剩余应力的产生机理与其分布特征进展系统研究,采取适当的反应机制控制焊接工艺参数实现对焊接变形和剩余应力分布进展控制,或者利用在线局部焊后热处理方法消除焊接变形和剩余应力,提高成形零件的几何精度和降低外表粗糙度值。
成形零件的性能问题
由于焊接过程的复杂性使焊缝的组织与性能转变过程相当复杂,焊接熔敷快速成形是通过叠层堆焊进展的,所以热循环过程比一般焊接过程复杂得多,零件的组织与性能变化更加复杂,增加了控制的难度。为了获得冶金结合致密、具有优异机械性能的零件,除了合理选择焊接工艺参数之外,可以利用焊后热处理或在线局部热处理的方法改善零件的组织结构和机械性能。文献[14～15]采用热扫描焊接方法对焊接熔敷成形零件进展在线局部热处理,大大提高了零件的组织与性能
数值模拟问题
焊接熔敷成形过程是多参数耦合作用的复杂过程,受焊接方法、焊接工艺参数和成形零件的几何形状与尺寸等因素的影响。因此,除了必须解决一般快速成形技术的共性问题外,还必须解决如何通过控制焊接工艺参数有效地控制零件的几何尺寸、显微组织转变、热应力变化与焊接变形等诸多复杂问题。解决这些问题依靠传统的工艺实验方法不仅试验周期长、费用大,且难以从理论上系统解决问题,有些问题的解决甚至是不可能的。采用计算机数值模拟方法解决上述问题是可行的途径。目前,在焊接熔敷快速成形技术数值模拟方面的研究还很少,仅有一些关于焊接熔