热搜关键词：流体抛光机,磨粒流抛光设备,内孔抛光

WAAM技术本质上是一个熔化焊丝连续堆焊的过程，铝合金是一种高热导率和高热膨胀系数的合金，由非平衡凝固行为和残余应力导致的变形和不均匀收缩、气孔热裂纹、力学性能低等问题严重限制了铝合金WAAM技术的工程应用。针对铝合金在快速凝固、循环加热和冷却条件下的组织演化等过程，深入分析丝材熔化过程液滴的过渡和稳定性，研究工艺参数对微观组织生长和缺陷生成机制，控制成形过程热应力和变形，采用合理的强化机制调控力学性能是WAAM成形过程的关键。

1）原材料质量问题

铝合金丝材的化学成分和表面质量共同决定了材料的热物性和力学性能，只有使用高质量丝材和特定的WAAM工艺，才能有效控制气孔的形成，同时保证力学性能。传统的GMAW工艺热输入过大，导致成形飞溅大，堆积层缺陷多，微观组织不均匀。金属丝作为原材料，如果其内外质量存在问题，成形部件会产生大量的缺陷，因此需要制定相应的工艺规范和控制策略严格控制此过程。并且WAAM在循环加热和冷却过程中会产生较大的内部拉应力，丝材质量的稳定性、沉积参数等直接影响沉积速率、熔池中的热传输以及沉积质量，丝材的直径变化、裂纹以及刮痕直接会造成沉积材料的气孔缺陷，WAAM过程对丝材的质量及稳定性的要求更高于普通焊丝材料。

2）几何精度问题

WAAM工艺过程参数对于理解和控制逐层沉积方式中的金属熔化和凝固过程十分重要。逐层堆焊过程在焊道开始、结束以及重叠区域极易出现裂纹和气孔等缺陷。如何通过调控工艺参数，控制焊道起始处的热量，降低液态金属不受控制的流动以及焊道驼峰的形成，实现堆积层的几何尺寸控制，目前尚无有效解决的方法。由于金属熔化后流动性差，逐层堆焊过程在焊道首末尾处容易出现塌陷，如何准确定义铝合金相邻焊道之间的搭接距离，需在充分的理论分析和实验验证的基础上，考虑金属流动性、润湿性、粘度和表面张力等材料特性的影响，结合成形结构件的完整性建立最佳搭接模型。为了避免因工艺参数不稳产生的驼峰影响生产效率，需要确定焊枪的移动范围，通过控制保护气体流量或适合WAAM工艺的特定焊枪角度，从而减少或消除液态金属的流动特性，或采用精确控制层间温度等方式，研究表面张力、挥发性元素的影响、功率密度与分布、搭接成形等因素与驼峰之间的相关性，对提高WAAM工艺的几何尺寸精度有十分重要的意义。

3）气孔、热裂纹和残余应力问题

针对高强铝合金采用WAAM工艺，金属熔滴过渡过程中电弧弧柱温度高、熔滴比表面积大，更容易吸氢，产生大量气孔。成形过程中随着共晶浓度增加，裂纹敏感度增加，铝合金极易产生凝固裂纹，热影响区温度提升，使得热影响区经历回复、再结晶、晶粒长大的过程。当熔池局部区域的温度超过合金固溶体温度时，可能发生局部凝固裂纹。由于复杂的热作用及热循环的影响，导致成形过程中形成不同的相和组织，进而形成非均匀的材料特性。如何有效减少或消除铝合金成形过程中的内部气孔和热裂纹问题，揭示工艺参数对该缺陷的影响机制，阐明内部缺陷的形成机理，特别是针对气孔敏感度高的CMT工艺，需要进一步深入研究金属液滴过渡过程中的熔池冶金动力学行为、液滴过渡机制及其传热传质特性。针对铝合金为实现中大型结构件的成形，分析、统计和计算研究构件和基板上的残余应力分布十分关键。在逐层堆积过程中金属将在各层累积大量的热量，在构件和基板上产生较大的热应力。为了使成形部件中的残余应力最小化，目前诸多学者通过计算机辅助模拟来了解残余应力分布并相应地生成最佳路径和成形策略，但针对复杂结构的应力控制策略研究甚少。为了控制成形过程中的残余应力和变形，需深入分析WAAM工艺材料特性、焊接电流、焊接电压、送丝速度、环境温度、保护气流量等工艺参数对变形和残余应力的影响规律。

4）组织和力学性能问题

铝合金WAAM成形时由于冷速快、热应力大等原因，往往容易出现沉积缺陷，在成形交叉结构或多层多道复杂结构时，与铸件不同，WAAM成形的构件内部残余应力大，如果热处理方式不当，残余应力未完全消除，会导致固溶、淬火过程中构件内部产生热裂纹。因此，特别是针对大型结构件需要研究制定适用于WAAM成形构件的热处理方式。目前，WAAM工艺成形的高强铝合金在高温电弧的作用下，金属凝固后存在偏析、组织不均匀和枝晶较多等问题，无法直接应用于工业生产。如何通过机械强化和建立合理的热处理强化制度，确定快速凝固条件下铝合金组织演化与力学性能的关系，提升WAAM工艺成形铝合金的性能稳定性是亟待解决的问题。