使用机器人气体保护金属电弧焊增材制造可用于工业应用的金属部件
时间：2020-03-23 09:18 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
基于GMAW的技术具有更高的沉积速率，因此比气体钨极电弧焊（GTAW）和等离子弧焊（PAW）方法更适合于制造大尺寸的金属零件。确保GMAW印刷零件的内部质量很高是很重要的，这就是为什么有必要更好地了解其微观结构的原因-特别是当该零件在承重条件下使用时。由于该技术成本较低，因此在越南一直使用该技术，因此制造商应该了解该方法，以取得良好的效果。“因此，本研究的目的是研究通过基于GMAW的增材制造工艺制造的薄壁零件的内部质量。这项研究获得的结果使我们能够证明根据AM原理使用GMAW机器人制造或修理/再制造金属零件的可行性。
图1.（a）基于GMAW的增材制造系统的示意图，（b）建造的薄壁样品，（c）切割样品的位置，＆（d）五个区域，用于观察显微组织并测量切割表面的硬度标本。
一个工业GMAW机器人使用电弧增材制造（WAAM）工艺，在低碳钢基板上用低碳钢铜焊丝制造了薄壁部件。 6轴机器人使用焊炬从基材上沉积层，您可以在下表中查看焊接工艺参数。
“ GMAW割炬与工件之间的距离为12毫米。沉积是在室温下进行的，无需预热基材。” Le解释说。 “一旦完成了焊接层的沉积，焊炬将缩回至用于沉积下一层的起点，停留时间为60秒。在两个连续层之间使用的停留时间旨在冷却工件并将累积的热量传递到环境中。”使用线切割放电加工（EDM）机从薄壁样品中切割出两组拉伸样品，以便作者可以使用数字显微硬度测试仪来测量建筑材料的硬度，并仔细观察其硬度。用光学显微镜观察微结构，并测试其拉伸性能。
图2。拉伸试样的尺寸。
Le写道：“在切割这些标本之前，先对内置薄壁的两个侧面进行机械加工以获得有效宽度的内置薄壁材料。”
图3.在五个区域中观察到的建筑材料的微观结构：（a）上部区域，（b）中间区域，（c）下部区域，（d）热影响区域（HAZ）和（e）基底区域。
在五个不同区域观察到了样品的微观结构。上部区域具有三种类型的铁素体晶粒，并且热和高冷却速率的变化很大，具有垂直于基体分布的“具有主要奥氏体枝晶的层状结构”。中间区域有两种晶粒，主要特征是“铁素体的颗粒结构，在晶界处有少量的珠光体”。下部区域的冷却速度比上部区域慢的显微组织是由“均匀的铁素体晶粒组成的，其中分布着薄的薄片并与薄的珠光体条共存”。这些晶粒比中间区域的晶粒细，因为此处的热冲击值较高。在热影响区（HAZ）中，微观结构从奥氏体转变为马氏体，而基底区具有铁素体/珍珠岩带状微观结构–与中间区“相的均匀分布”完全相反。
上表显示了五个区域中的硬度（HV）测量。上部区域的HV最高，而中间区域的HV最低，并且HAZ的值略低于基底区域。样品在拉伸机上进行了测试，Le还得出了工程应变-应力曲线。
图4。用两个试样TSv1和TSh1进行拉伸试验：（a）将试样安装在拉伸试验机上，（b）拉伸试验后破碎的试样，以及（d）工程应力-应变曲线。
“硬度（范围在164±3.46 HV至192±3.81 HV之间），屈服强度（0.2％的YS偏移在340±2至349.67±1.53范围内）和极限拉伸强度（UTS在429±1至477±范围内） 2）基于GMAW的增材制造部件可与锻造低碳钢相比。”他解释说。“由于建筑材料的微观结构不均匀，垂直和水平样品之间在YS和UTS方面也存在显着差异。而且，通过基于GMAW的AM工艺制造的薄壁部件的机械性能与通过传统工艺（例如锻造和机加工）制造的零件的机械性能相当。”
中国3D打印网点评： 这项研究发现，基于GMAW的机器人AM制造的金属部件“对于实际应用具有足够的机械性能”。使用GMAW机器人对3D打印零件进行工业应用是可行的。
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