南昌航空大学：电弧摆动对CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金气孔和力学性能的影响

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南昌航空大学刘奋成教授团队针对电弧摆动对CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金气孔和力学性能的影响开展了一系列研究。相关研究成果以“Effect of arc oscillation on porosity and mechanical properties of 2319 aluminum alloy fabricated by CMT-wire arc additive manufacturing”为题发表在《Journal of Materials Research and Technology》》上。

▲论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.03.203

研究内容简介

冷金属过渡（Cold Metal Transfer, CMT）作为一种新的熔化极惰性气体保护焊接方法，将熔滴过渡与焊丝回抽相结合，能够降低焊接热输入且熔覆效率高、焊后变形小，在复杂和薄壁铝合金零件的增材和修复方面具有优势。但其金属过渡温度较低，熔池的冷却速度高，气体逸出的时间较短，容易在熔池内产生气孔，特别在铝合金的增材制造应用中，气孔问题尤为突出。在焊接过程中通过电弧摆动来改善焊接质量是常用工艺方法，可以通过摆动来拓宽电弧的作用范围，增大熔池的面积，均匀组织，减少缺陷，改善成形质量。

南昌航空大学刘奋成教授团队针对电弧摆动对CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金气孔和力学性能的影响开展了一系列研究。研究团队以2319铝合金为研究对象，将电弧摆动加入2319铝合金的CMT电弧熔丝增材制造过程，在保持焊接速度、送丝速度和气流量等工艺参数不变的基础上，研究了电弧摆动方式对铝合金气孔分布数量和力学性能的影响。本研究可为电弧摆动技术发展及铝合金气孔缺陷控制提供参考。

图1 电弧摆动示意图（a）无摆动；（b）螺旋形摆动；（c）不对称梯形摆动。

图2 电弧增材制造2319铝合金示意图 (a) 采样位置示意图 (b) 拉伸试样几何尺寸( mm )。

图3 各电弧摆动模式下气孔尺寸数量统计结果。

图4 不同电弧摆动模式CMT电弧熔丝增材制造2319铝合金试样显微组织（a）无摆动；（b）不对称梯形摆动；（c）螺旋形摆动；（d）-（f）局部放大图。

图5 单道多层沉积CMT - WAAM 2319铝合金金相组织（a）无摆动；（b）不对称梯形摆动；（c）螺旋形摆动。

图6 固溶+时效后不同电弧模式下2319铝合金SEM图（a）无摆动；（b）不对称梯形摆动；（c）螺旋形摆动。

图7 不同电弧摆动模式下铝合金单道多层的显微硬度。

图8 不同电弧摆动模式下室温拉伸性能数据（a）抗拉强度；（b）塑性。

图9 不同电弧摆动模式下拉伸断口（a）纵向无摆动；（b）纵向不对称梯形摆动；（c）纵向螺旋摆动；（d）横向无摆动；（e）横向不对称梯形摆动；（f）横向螺旋摆动。

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论文引用信息：

Yuhan Wei, Fencheng Liu, Fenggang Liu, Dong Yu, Qifan You, Chunping Huang, Zhitai Wang, Wugui Jiang, Xin Lin, Xiaoan Hu,Effect of arc oscillation on porosity and mechanical properties of 2319 aluminum alloy fabricated by CMT-wire arc additive manufacturing,Journal of Materials Research and Technology,Volume 24,2023,Pages 3477-3490,ISSN 2238-7854

作者

第一作者：魏昱涵硕士研究生，通讯作者：刘奋成教授。

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