鎳基高溫合金憑借其耐高溫、耐腐蝕、耐復雜應力等性能,在制作渦輪發(fā)動機工作葉片、導向葉片、飛機發(fā)動機以及工業(yè)用燃氣輪機等高溫零部件方面具有廣泛的適用性,也因此被稱作“發(fā)動機的心臟”。但當這些零部件在高溫、復雜應力,特別是在海水中等復雜環(huán)境下工作時, 容易產(chǎn)生裂紋、磨損、斷裂和腐蝕等,致使零部件大量報廢。采用增材再制造技術(shù)對廢舊零部件“再制造”,可使其價值得到較大程度的發(fā)揮,獲得巨大的經(jīng)濟收益。
增材再制造技術(shù)就是利用增材制造技術(shù)對廢舊 零部件進行再制造修復:
首先,利用數(shù)字加工的一些原理掃描出零部件的3維數(shù)字模型;
然后,對數(shù)字模型進行后處理,得出缺損部分的3維數(shù)字模型;
,通過一層一層向上疊加的方式直接快速加工 出缺損部分。
其建立在數(shù)控CAD/CAE/CAM 、焊接、新材料等已有的成熟技術(shù)基礎(chǔ)之上,核心理念是“逐層疊加、分層成形”。自20世紀開始,美國就在B-52轟炸機和M1坦克等軍用裝備上進行了增材再 制造, 并將武器系統(tǒng)的更新?lián)Q代和再制造技術(shù)列為國防科技研究領(lǐng)域。國內(nèi)也成功地將增材 再制造技術(shù)應用在各種軍用裝備上,產(chǎn)生了巨大的 經(jīng)濟效益 。由于增材再制造技術(shù)本身還不夠成熟,目前研 究尚處于初級階段,因此存在許多亟待解決的問題。為此,對基于焊接的增材再制造技術(shù)研究現(xiàn)狀進行簡要介紹,通過對比不同焊接工藝,提出未來發(fā)展的研究熱點。
鎢極氬弧焊(GasTungstenArcWelding, GTAW)是以鎢棒作為電弧一極的氣體保護電弧焊。其應用非常靈活,尤其是與激光熔覆相比,可以更容易地處理銅、鋁、鎂等有色金屬的增材再制造。此外,其弧長及電弧穩(wěn)定性好,焊接電流下限不受焊絲 熔滴過渡等因素制約,焊接電流可用到2A。但它自身仍有一些不足:一方面,鎢極的承載能力有 限,過大電流容易使鎢極燒損,從而限制了熔深;另 一方面,隨著電流的增大,鎢極電弧的發(fā)散變得嚴重,使得熔池成形之后塌陷,嚴重影響成形質(zhì)量。
影響GTAW工藝的因素主要有焊接電流、鎢極直徑、弧長、電弧電壓及焊速等。其中:焊接電流是決定GTAW焊縫成形的關(guān)鍵參數(shù),當其他條件不變時,焊接電流的增加可導致電弧壓力、熱輸入及弧柱直徑增加,使焊縫熔深、熔寬增大;弧長范圍通常為0.5~3.0mm,當成形件變形小時,弧長取下限,否則取上限;焊接速度是調(diào)節(jié)GTAW熱輸入和焊道形狀的重要參數(shù),焊接電流確定后,焊速有相對應的取值范圍,超過該范圍上限,易出現(xiàn)裂紋、咬邊等缺陷。