CMT电弧增材制造过程电弧特性对熔滴过渡行为的影响机理研究

来源：机械工程学报杂志2023年第15期北京时间：

作者：吕飞阅, 王磊磊, 高转妮, 窦志威, 贲强, 高川云, 占小红

单位：1. 南京航空航天大学材料科学与技术学院 南京 211106;2. 航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司 成都 610073

摘要：冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有沉积效率高、制造成本低等优势,在航空用大尺寸构件的快速成型领域应用前景广阔。对于电弧增材制造大型构件需采用大电流来进一步提高沉积效率,但在此高电流模式下电弧放电过程对熔滴过渡行为的影响机理尚不明确。因此,本研究采用高速摄像仪观察了电弧增材制造过程中电弧形态及熔滴过渡行为,同时通过建立电弧模型及熔滴过渡模型,分析了在不同电流波段及工艺参数下熔滴过渡频率及熔滴尺寸变化规律,最终揭示了电弧放电过程中电流密度、洛伦兹力等物理因素对熔滴过渡的作用机理。结果表明,电弧宽度与洛伦兹力决定熔滴在电弧放电过程中的受力大小,进而决定熔滴尺寸及其过渡频率。随着送丝速度从5.5 m/min增大至7.0 m/min时,电流峰值持续时间增加了1倍左右,同时电弧宽度与电流密度的随之增加,使得熔滴过渡过程中电磁力上升,熔滴尺寸下降14%且射滴过渡频率增加了3~4倍。当瞬时电流进入熄弧阶段时,熔滴过渡形式转变为短路过渡。随着送丝速度的增加,短路过渡频率从29 Hz减少至20 Hz。

关键词：电弧增材制造,熔滴过渡,电弧形态,电流/电压波形,数值模拟；

基金资助：国防基础科研计划资助项目(JCKY2020605C006)