不同沉积路径冷金属过渡电弧增材制造H13钢成形件的显微组织和硬度

李旭锋，林 健，夏志东，韩文涛，雷永平，王招阳

(1.北京工业大学材料与制造学部，北京 100124；2.首都航天机械有限公司，北京 100076)

0 引 言

电弧增材制造(wire-arc additive manufacturing, WAAM)技术是一种以电弧为集中热源，焊丝为填充材料，采用逐层堆积的方式按需打印成形零件的技术，该技术具有热输入高、焊丝填充速度快、生产效率高、所需设备和原料成本低以及打印成形件的致密度高等优点，在航空航天、石化、发电等领域得到广泛应用[1-3]。根据热源性质不同，电弧增材制造技术常用的焊接方法有熔化极气体保护焊、非熔化极气体保护焊、等离子弧焊等[4]。冷金属过渡(cold metal transfer, CMT)焊作为熔化极气体保护焊的一种，具有热输入低、飞溅少、成形质量好等优点，十分适用于电弧增材制造。H13合金钢具有优良的红硬性、冲击韧性和热疲劳性能，广泛应用于制作塑料注射成形模具、铸造和锻造模具等[5]。利用增材制造技术可以一次整体成形制造出具有随形冷却水道特定功能的H13钢模具，而采用传统的机加工方法则难以制造出该模具。王庭庭[6]通过调整焊接电流、焊接速度等参数，消除了电弧增材制造过程中H13钢件焊道间根部未熔合缺陷。白涛等[7]采用CMT电弧增材制造技术制备5层15道结构的H13钢块体，研究了块体的表面质量、显微组织和力学性能。在电弧增材制造过程中，由于热源的往复运动，同一位置经历周期性的加热和冷却作用，成形件内部具有不均匀的显微组织，导致成形件力学性能各向异性[8-10]。徐文虎等[11]研究了电弧摆动与2道多层2种不同电弧轨迹下，电弧增材制造Inconel 625合金厚壁件的显微组织和性能，发现2道多层轨迹下的枝晶间距更小，成形件的性能更好。……