摘要
7075铝合金是一种在航空、航天、船舶等领域都有着广泛应用的高强合金材料，在7075铝合金零件的制造或服役过程中，表面可能会产生裂纹、磨损等一系列缺陷，降低其力学性能，最终导致零件完全失效。 电弧增材技术具有效率高、成本低，得到的沉积层致密度高、力学性能好等优点，为具有一定深度的零件表面缺陷修复提供了可行的技术途径。 目前采用电弧增材技术对7075铝合金零件进行修复的实际案例还较少，本文采用含TiC纳米颗粒的7075铝合金焊丝作为修复填充材料，通过熔化极气体保护焊的方式对7075铝合金板表面铣削出的凹槽进行填充，模拟7075铝合金板状零件的电弧增材修复过程。 本文首先对7075铝合金板单层单道电弧增材修复和单层多道电弧增材修复的主要工艺参数进行优化研究，为了进一步提升修复效果和修复层焊道性能，提出了一种全新的激光锻造复合电弧增材修复技术，探究了不同激光锻造参数对于焊道微观组织和力学性能的影响。主要研究内容及结果如下： （1）进行了单层单道电弧增材修复均匀实验，通过回归分析探究了电弧电压、电弧电流、行进速度三个主要工艺参数对焊道形貌尺寸的影响规律。结合焊道的形貌缺陷，基于熔合比、线能量、余高系数这三项焊道成型指标得到了本文实验条件下单层单道电弧增材修复的相对最优工艺参数值为：电弧电流230A，电弧电压23.6V，行进速度240mm/min。 （2）推导计算了单层多道电弧增材修复的理论最佳搭接率，焊道截面轮廓分别用椭圆弧模型和抛物线模型描述时，理论最佳搭接率分别为为50.78%和46.78%。并通过实验进行验证，发现两种模型都基本符合实验结果，其中抛物线模型更为准确。 （3）实验探究了搭接率和冷却时间对于单层多道电弧增材修复层形貌及组织的影响。结果发现：随着搭接率的增大，修复层焊道数量有所增加，大部分焊道余高与熔深也不断增长，在不同冷却时间下修复层焊道熔深随焊道编号增加逐渐增长，增长速度随冷却时间的增加逐渐减慢。随着搭接率的增大，焊道组织晶粒更加细化，修复层平均硬度从103.60HV提升到121.36HV。随着冷却时间的减少，焊道组织晶粒在界面自由能的驱使下不断长大，但修复层平均硬度没有明显变化。 （4）探究不同的激光锻造参数对于单层单道电弧增材修复焊道组织的影响。进行激光锻造后，焊道熔合区的粗大联生枝晶得到了明显的细化，但在不同的光丝间距下细化机制有所不同，不同的激光锻造参数对于焊道熔合线附近热影响区和焊缝区中部组织的影响也有所不同。 （5）探究不同的激光锻造参数对于单层单道电弧增材修复焊道力学性能的影响。光丝间距2mm时，随着激光频率的增加，焊道焊缝区和热影响区的显微硬度都有所降低，试样件的屈服强度不断提高，抗拉强度不断降低，断口呈现出典型的脆性断裂特征。光丝间距6mm时，随着激光频率的增加，焊道热影响区显微硬度没有明显变化，焊缝区显微硬度有所提升，试样件屈服强度和抗拉强度都不断提高，断裂方式是典型的准解理断裂，是材料塑性较好的体现。
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