《电焊机》杂志2024年第11期特别专题
序言
PREFACE
专题主编 | 赵军军
浙江巴顿焊接技术研究院先进焊接工程应用中心副主任，博士，硕导，中国机械工程学会表面工程分会委员，中国机械工程学会焊接分会堆焊及表面工程专业方向副主任兼秘书长。先后任职于装甲兵工程学院、山东京泰机械装备再制造有限公司等单位，长期从事堆焊、表面工程和再制造工程等专业方向的教学科研和生产实践工作。主持并参与国家自然科学基金、科技部重点专项、国防预研等项目十多项;获军队科技进步二等奖1项，3等奖2项；授权发明专利2项，参与编写2部专著和1部教材，发表论文百余篇。
浙江巴顿焊接技术研究院介绍
浙江巴顿焊接技术研究院是由浙江金蛋科技有限公司、乌克兰国家科学院巴顿焊接研究所、杭州市萧山区人民政府三方于 2020年年初共建的民营非企业机构。研究院是乌克兰巴顿焊接研究所在中国合作范围最广、合作层次最高的海外分支机构，乌克兰巴顿所向本单位开放其全部的科研能力和人才体系。研究院重点围绕航空航天、能源动力等高端装备制造领域，充分挖掘乌克兰巴顿焊接研究所的技术优势，通过引进乌克兰巴顿焊接研究所的先进技术、领军型人才团队及其他国内外技术带头人，建设具有国际视野的前沿材料加工、焊接与表面工程技术的研发机构和技术示范平台，从事关键与共性技术创新、技术推广、人才培育、成果产业化工作，促进创新链、产业链、资金链融合，进一步提高工业企业的科技生产潜力和技术水平，助力我国在高端装备制造领域实现自主创新研发。
研究院现有中乌双方技术人员30余名，包括3名院士和多名教授。引进乌克兰巴顿所先进焊接和表面工程设备9台套，具备47项先进技术成果转化能力。拥有焊接与表面工程相关的基础检测分析设备30余台，建成一个省级工程研究中心，承担多项省部级科研项目的研究，被浙江省科技厅认定为“2021年度省级国际联合实验室”。
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本期论文速递（五）
我们将18篇优秀专题论文（分六期）全部推送给大家，欢迎大家自行获取阅读。
THESIS
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ONE
摘要
为解决N50制造成本居高不下，且传统减材加工方式的材料利用率低的问题。采用加工速度快、材料利用率高的TIG电弧增材制造技术制备N50不锈钢，并研究不同增材高度下增材体的显微组织、夹杂物分布、显微硬度和77 K力学性能。研究发现，TIG增材技术能制造出完全由奥氏体晶粒组成的N50不锈钢，增材体的77 K屈服强度、抗拉强度及断后伸长率随高度增加而降低，显微硬度也逐渐降低。分析表明，增材体高度的增加影响冷却速度和夹杂物的分布，上层冷却速度降低导致上层枝晶间距较大，且上层夹杂物尺寸和数量均多于下层，这些因素共同影响了材料的低温塑韧性。
关键词
电弧增材制造；N50不锈钢；低温力学性能；枝晶间距；夹杂物
结 论
（1）TIG增材制造的N50增材体组织完全奥氏体化，没有观察到裂纹和明显的气孔，但内部形成了一定量的夹杂物在O-Si-Mn-Al系球形氧化夹杂物，且夹杂物尺寸和数量随增材高度增加而增大。
（2）增材体77K拉伸试验表明，其断裂形式为韧性断裂，下层增材体的屈服强度可达883MPa，伸长率可达19.7%，性能优于上层。增材体显微硬度随高度增加而降低，下层金属的显微硬度比上层高约100HV。
（3）使用N50粉芯焊丝进行TIG增材时，对夹杂物控制未达预期目标，随着增材高度的增加，力学性能逐步下降。
THESIS
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TWO
摘 要
为研究光丝同轴激光增材技术在制备高氮不锈钢块体材料中的应用潜力，采用直径1.2mm、氮含量为0.71wt.%的高氮钢丝材，通过光丝同轴激光增材技术进行多道多层增材试验。利用工业CT扫描、氮含量分析、组织形貌观察、物相分析及力学性能测试等方法，对增材块体的内部质量、氮含量、微观组织及力学性能进行了系统研究。结果表明，增材块体中存在少量未熔合缺陷，主要分布在底部，且一般出现于每一层的前两道附近，等效直径主要分布于200~300μm。内部存在大量细小孔洞状低密度缺陷，其体积占比为0.073%，其中约90%的等效直径区间为1.5~7.5μm。中部和顶部的氮含量都在0.66wt.%以上，氮损失均低于7.5%；底部氮含量降至0.58wt.%，氮损失为19%。物相分析表明，增材块体主要为奥氏体γ-Fe相，通过SEM和EDS可发现基体材料中存在少量α-Fe枝晶和Mn的氧化物。金相观察发现，增材块体主要由细小的柱状晶和等轴晶组成。增材块体底部力学性能较好，中部各向异性较小。其增材方向上的硬度分布为315~355HV，且底部明显高于中部和顶部。块体中部增材方向抗拉强度875MPa，屈服强度为679MPa，延伸率为50%；行进方向抗拉强度为908MPa，屈服强度为685MPa，延伸率为34%。此外，块体底部行进方向的抗拉强度为997MPa，屈服强度为770MPa，延伸率为43%。本研究证实了光丝同轴激光增材技术制备高氮不锈钢块体材料的可行性，为高氮不锈钢增材制造技术的开发和应用提供了重要的理论依据和技术支持。
关键词
高氮不锈钢；光丝同轴激光增材技术；缺陷检测；微观组织；力学性能
THESIS
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THREE
摘 要
采用自制焊接材料，配合主要由Tardis激光视觉相机构成的智能视觉逆向重构系统和由ABB工业机器人、Fronius焊机等构成的电弧丝材增材系统进行人工制造不规则缺陷丝材增材制造修复试验，利用超声探伤、光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、性能测试等手段进行不规则缺陷电弧增材成形尺寸偏差、缺陷、组织及性能分析，对丝材电弧增材制造在大型部件不规则缺陷修复的产业化应用进行阐述。结果表明：缺陷深度在30mm时，采用先边缘再内部填充的路径进行丝材电弧增材制造形成的熔覆金属在成形厚度上尺寸偏差为2mm；在自动化修复过程中，针对该材料需要每层进行清渣以保证增材熔敷金属质量，避免夹渣缺陷出现；丝材电弧增材制造熔覆金属由铁素体和渗碳体组成，连续作业下不同层数熔覆金属因冷却速度其组织粗化程度差异较为明显，所修复的缺陷区域熔覆金属强度提高4%~5%，延伸率及冲击功下降4%~10%，整体上仍然较为接近焊接材料检验中纯熔覆金属性能。通过逆向重构和丝材电弧增材制造相结合，可以实现大型部件的大尺寸不规则缺修复应用。
关键词
丝材; 电弧增材制造; 不规则缺陷; 修复
结 论
目前WAAM技术研究和应用主要集中在航空航天领域、模具修复，但是相关数据库短缺，还难以实现大型部件修复再制造的大规模工程应用。郑机所针对常见大型耐磨零部件如辊压机挤压辊不规则缺陷修复情况，通过逆向重构和丝材电弧增材制造结合的方式，研究其全过程自动化修复再制造适用性及该技术在大型部件耐磨堆焊再制造行业应用，主要结论如下：
（1）在本研究不规则缺陷及路径规划下，丝材电弧增材制造技术在成形厚度较大时高度方向存在误差，当不规则缺陷需要修复厚度为30mm时尺寸偏差约为2mm。针对该类辊压机修复材料在自动化修复过程中，需要进行清渣以保证增材熔敷金属质量，避免夹渣缺陷出现。
（2）该类型材料熔覆金属由铁素体和渗碳体组成，丝材电弧增材制造下不同层数熔覆金属因冷却速度其组织粗化程度不同。在工艺较为接近的情况下，丝材电弧增材制造制备和材料检验试样中熔覆金属组织相似。
（3）通过逆向重构和丝材电弧增材制造相结合，所修复的缺陷区域熔覆金属强度提高4%~5%，延伸率及冲击功下降4%~10%，整体上仍然较为接近焊接材料检验中纯熔覆金属性能，可以实现大型部件的不规则缺陷修复产业化应用。
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END
来源：《电焊机》杂志2024年第11期
