辅助填丝GMA增材制造工艺及梯度材料制备研究

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1、硕士学位论文辅助填丝GMA增材制造工艺及梯度材料制备研究PEOCESSRESEARCHOFAUXILIARYWIREFEEDINGGMAADDITIVEMANUFACTURINGANDFABRICATIONOFGRADEDMATERIAL高佳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG409学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文辅助填丝GMA增材制造工艺及梯度材料制备研究硕士研究生：高佳导师：张广军教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG40

2、9U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPEOCESSRESEARCHOFAUXILIARYWIREFEEDINGGMAADDITIVEMANUFACTURINGANDFABRICATIONOFGRADEDMATERIALCandidate:GaoJiaSupervisor:Prof.ZhangGuangjunAcademicDegreeAppliedforMasterofEngineeringSpecialty:MaterialsEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScien

3、ceandEngineeringDateofDefence:June，2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要熔化极气体保护电弧增材制造(GasMetalArcAdditiveManufacturing，GMA-AM)作为一种被广泛采用的金属增材制造方法具有设备简单、生产成本低和熔敷效率高等一系列优点，但同时存在着热输入过大导致热积累严重和在不更换焊丝的情况下无法进行成分调控等缺点。针对以上问题提出外加辅助填丝GMA-AM新工艺，利用电弧热和熔池余热熔化辅助焊丝，在提高熔敷效率的同时减小了对母材的热输入；

4、当使用异质辅助填丝时，可以通过调节辅助填丝占比进行熔敷金属成分的连续调控，提供一种新的梯度材料制备方法。本文的主要内容为辅助填丝对熔敷道成形、热输入的影响，分析了熔敷道轮廓形成的变化规律并进行熔敷道尺寸回归建模，研究了异质辅助填丝熔敷道的组织与性能，为梯度材料的电弧增材制造打下良好基础。首先研究了辅助填丝送进方位、送进速度以及堆积速度等工艺参数对成形的影响，获得了成形良好的工艺区间。试验表明使用熔池前方辅助填丝，辅助填丝速度占总送丝速度40%以内时可以获得成形良好的熔敷道。同时，辅助填丝工艺能够使得熔敷道热影响区面积减少35%，热循环峰值温度降低40℃左右。对熔敷道轮廓及尺寸进行了探究，获得了

5、熔敷道轮廓的形成规律及熔敷工艺参数与熔敷道尺寸的二次回归模型。研究发现只有当熔敷电流和堆积速度较小、辅助填丝速度较大时熔敷道轮廓转变为球状，不利于堆积。同时，回归模型表明辅助填丝速度对熔敷道的宽度无明显影响，工艺区间内宽度调节范围为4.8~10.6mm，高度调节范围为2.0~5.3mm，为成形件的切片与规划提供了依据。通过改变异质辅助填丝占比调节熔敷道成分，堆积了不同成分的单墙壁，并对其试样进行了微观组织与力学性能测试。结果表明随着H06MnNi3CrMoA占比的增加，微观组织方面粒状贝氏体与针状铁素体的量增多，力学性能方面拉伸强度与显微硬度增大。在工艺区间内拉伸强度的调节范围为550~880

6、MPa，硬度调节范围为210-390HV，为性能调控打下了基础。最后设计和规划了具有成分梯度的单墙壁和诱导齿模拟件，并使用辅助填丝GMA增材制造工艺进行制备，结果表明成形件结构与性能梯度与预期相符。关键词：辅助填丝GMA-AM；成形特性；熔敷尺寸建模；H06MnNi3CrMoA；梯度材料-I-AbstractAbstractGasmetalarcadditivemanufacturing(GMA-AM)asawidelyusedmetaladditivemanufacturingmethod,hasaseriesofadvantagessuchassimpleequipment,lowprod

7、uctioncostandhighdepositionefficiency.However,therearesomedisadvantagesincludingheataccumulationandhomogeneouscompositioninsamewire.Aimingattheabovedisadvantages,anewauxiliarywirefeedingGMA-AMprocessi