电弧增材高频微锤击系统及工艺特性的初步物理模拟

胡超雄，肖珺，陈树君

(北京工业大学,汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心，北京 100124)

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近几年来，电弧增材制造技术的研究和应用发展迅速，电弧增材类似堆焊过程，物理本质上仍然是金属局部的快速熔化、冷却和凝固，复杂的热循环使得电弧增材构件面临焊接过程类似的问题：残余应力和变形，内部缺陷、晶粒粗大引起的力学性能下降等[1-6]。因此，如何改善金属增材制造材料组织，提高其力学性能成为电弧增材领域一个重要挑战。借鉴电弧焊接过程随焊锤击、碾压可以有效改善焊缝微观组织，提高力学性能，在电弧熔丝增材过程同步施加微区锤锻或冲击作用，是提高增材零件组织性能的可行途径。Colegrove等人[7]在电弧增材制造过程中对材料进行了滚压处理。结果表明，轧制后样品内的残余应力小于未处理样品的残余应力，且离基材越近，效果越明显。同时，在随后的沉积过程中，轧制后的材料再加热会在材料内部引起晶粒细化。Gu等人[8]通过层间轧制和后沉积热处理研究了铝合金孔隙率的变化。结果表明，在不同的轧制载荷下，材料中的孔数均大大减少。与此同时，Gu等人[9]还发现在不同载荷下层间轧制处理后，Al-6.3Cu合金的硬度和强度得到显著提高。

喷丸和超声冲击处理(UIT)已用于焊接应用，以减少局部残余应力和改善焊接机械性能。Li等人[10]研究了低温(80 ℃，120 ℃和160 ℃)超声表面轧制对HIP Ti-6Al-4V合金材料表面层组织和性能的影响。结果表明，低温超声表面处理的样品在材料表面改性层中发生明显的塑性变形，并伴有一些细化的晶粒和致密的位错。……