摘要
基于焊接工艺的电弧增材制造是一种用于快速成型金属零件的新技术，具有成本低、效率高的优势。传统的焊接工艺对TC4钛合金的电弧增材制造效果较差，为解决这一问题，拟采用新兴的冷金属过渡焊接技术（Cold Metal Transition,CMT）对TC4钛合金进行电弧增材制造实验，并使用ABAQUS模拟软件对增材制造过程进行了温度场及应力场分析。 本文搭建了CMT焊接平台并配合高速摄像和电信号同步采集系统，采集熔滴过渡图像及电流电压信号，分析两种不同CMT焊接模式在不同送丝速度下熔滴过渡和电信号的变化。 对电信号的分析发现，在直流CMT焊接模式中，随着送丝速度增加，峰值电流增加幅度较大，次峰值电流增加幅度较小。送丝速度的增加，还导致了熔滴尺寸的明显增大并使焊缝成型性变差，其焊接参数不适用于进行增材制造。在CMT+P焊接模式中，焊机通过改变电流基值大小或脉冲数多少或两者并用的方式来控制热输入。此焊接模式的焊缝成形性较好，优选出的送丝速度为4m/min，焊接速度为0.4m/min，进行增材制造的仿真模拟。 本文还利用ABAQUS软件建立了优选参数下的CMT增材制造数值模型，分析增材制造过程中的温度场和应力场情况。分析温度场发现，单层堆积过程中，随着堆焊长度的增加，熔池周围的散热条件变差，熔池温度峰值会略有增加。多层堆积过程中，随着堆积层数增加，基板上的温度曲线呈现波峰波谷的循环状态，温度曲线逐渐平滑，波峰值逐渐变小，波谷值逐渐增加，热积累现象显现。 对应力场分析发现，单层堆积过程中，由于电弧对焊道周围及前方有强烈的加热作用，等效应力会主要集中在焊道熔池前方及焊道两侧。多层堆积过程中，成形件内部的热累积现象使其等效应力下降。随着堆积层数的增加，基板上的等效应力峰值呈逐步减小的趋势，谷值呈逐渐上升的趋势。试件完全冷却后，等效应力值显著增大。
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