南京航空航天大学学报Journal of Nanjing University of Aeronautics &Astronautics 金属增材制造变形与残余应力的研究现状
赵剑峰1谢德巧1梁绘昕1肖猛2沈理达1田宗军1
（1.南京航空航天大学机电学院，南京，210016；2.南京先进激光技术研究院，南京，210038）
摘要：金属增材制造中的变形及残余应力对于成形过程及零件性能均会产生一定的影响，两者影响因素众多，在
增材制造过程中的演化尚未明确揭示。本文综述了国内外关于金属增材制造变形和残余应力的研究现状，提出
“约束力”新概念，为金属增材制造变形和残余应力机理的深入研究提供了新的方法。
关键词：金属；增材制造；变形；残余应力；约束力
中图分类号：V26文献标志码：A 文章编号：1005?2615（2019）01?0001?06
Review of Distortion and Residual Stress in Metal Additive Manufacturing ZHAO Jianfeng 1，XIE Deqiao 1，LIANG Huixin 1，XIAO Meng 2，SHEN Lida 1，TIAN Zongjun 1
（1.College of Mechanical and Electric Engineering ，Nanjing University of Aeronautics ＆Astronautics ，Nanjing ，210016，
China ；2.Nanjing Institute of Advanced Laser Technology ，Nanjing ，210038，China ）
Abstract:The distortion and residual stress in the metal additive manufacturing have a certain influence on the forming process and the performance of the parts.There are many factors that can influence the distortion and residual stress.The evolutions of the distortion and residual stress in the additive manufacturing process have not been clearly revealed.We review the research status of distortion and residual stress in metal additive manufacturing ，and then summarize some laws about them.In addition ，we propose the concept of “constraining force ”，which can help others more distinctly understand the mechanism of distortion and residual stress in metal additive manufacturing.
Key words:metal ；additive manufacturing ；distortion ；residual stress ；constraining force
增材制造（Additive manufacturing,AM ）是指
依据三维模型数据将材料逐层累加，最终制造出实
体的过程[1]。与传统制造技术相比，增材制造技术
具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料
限制等一系列优点，在航天航空、汽车、电子、医疗、
军工等领域得到了广泛应用[2?4]。增材制造自20世
纪80年代出现，至今已有近40年的历史。近五年
来，得益于各国、各地方政府政策上的大力扶持，科
研机构大量人才集聚，以及激光器、光机等核心器件的升级优化，增材制造取得了其他技术所未见的突飞猛进的发展。从材料开发角度，已形成了金属、有机高分子为主流，陶瓷、玻璃、细胞等不断突破的态势；从成形尺寸角度，大至建筑打印几十米级，小至双光子聚合几十纳米级，而跨尺寸增材制造则显示出兼顾精度和效率的独特优势；从产品应用角度，航空航天、医疗领域很好地发挥了增材制造定制化、低成本制造复杂结构的优势，电子器件则利用了增材制造可累加不同性质材料的特点，增
DOI ：10.16356/j.1005-2615.2019.01.001
基金项目：国家重点研发计划（2018YFB1105400）资助项目；国家自然科学基金（51475238，51605473）资助项目；江苏省科技支撑计划（BE2016010?3）资助项目；江苏省自然科学基金（BK20161476）资助项目。
收稿日期：2018?12?24；修订日期：2019?01?08
作者简介：赵剑峰，男，教授，博士生导师，主要研究方向：增材制造，激光加工，纳米材料。已发表论文100余篇，授权发明专利3项。
通信作者：赵剑峰，E?mail ：zhaojf@https://www.doczj.com/doc/a914829216.html, 。
引用格式：赵剑峰，谢德巧，梁绘昕，等.金属增材制造变形与残余应力的研究现状［J ］.南京航空航天大学学报，2019，51
（1）：1?6.ZHAO Jianfeng ，XIE Deqiao ，LIANG Huixin ，et al.Review of Distortion and Residual Stress in Metal Additive Manufacturing ［J ］.Journal of Nanjing University of Aeronautics &Astronautics ，2019，51（1）：1?6.第51卷第1期
2019年2月Vol.51No.1Feb.2019
金属材料激光增材制造技术 孙峰、李广生 金属材料增材制造技术是通过对CAD模型进行离散处理，以金属粉末、颗粒、金属丝材等为原材料，采用高功率激光束熔化/快速凝固逐层堆积生长，直接从零件数模完成高性能零件的近终成形制造。 金属材料增材制造技术，可分为以送粉为技术特征的激光沉积制造（Laser Deposition Melting，LDM）技术和以粉床铺粉为技术特征的选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术。 LDM技术是快速成形技术和激光熔覆技术的有机结合，是以金属粉末为原材料，以高能束的激光作为热源，根据成形零件CAD模型分层切片信息规划的扫描路径，将送给的金属粉末进行逐层熔化、快速凝固、逐层沉积，从而实现整个金属零件的直接制造。 LDM系统主要包括：激光器及光路系统、水冷机及冷却系统、数控机床系统、送粉器及送粉系统、惰性气体保护系统、激光熔化沉积腔及工艺监控系统等。 图1LDM激光沉积制造技术 LDM技术集成了快速成形技术和激光熔覆技术的特点，具有以下优点： （1）无需大型设备与模具，零件近净成形，材料利用率高；工艺流程、制造周期短，制造成本低； （2）零件无宏观偏析，组织细小、致密，力学性能达到锻件水平； （3）成形尺寸不受限制，可实现大尺寸零件的制造； （4）激光束能量密度高，可实现难熔、难加工材料的近净成形； （5）可对失效和受损零件实现快速修复，并可实现定向组织的修复与制造。 主要缺点： （1）制造成本较高；
（2）制造效率较低； （3）制造精度较差，悬臂结构需要添加相应的支撑结构。 SLM技术是以快速原型制造技术为基本原理发展起来的先进激光增材制造技术。通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，实现三维实体金属零件制造。 SLM系统主要由激光器及光路系统、气体净化系统、铺粉系统、控制系统4部分组成。 图2SLM激光选区熔化制造技术 SLM技术具有以下优点： （1）原材料范围广，包括不锈钢、高温合金、钛合金、钴-铬合金及难熔金属等； （2）成形零件精度高，表面稍经打磨、喷砂等简单后处理即可达到使用精度要求； （3）复杂零件制造工艺简单，周期短，材料利用率高； （4）成形零件的力学性能良好，一般力学性能优于铸件，与锻件相当； （5）适合多孔零件的制造，实现零件的轻量化的需求。 主要缺点： （1）层厚和光斑直径很小，导致成形效率很低；
增材制造（3D打印）技术国内外发展状况 --西安交通大学先进制造技术研究所2013-07-09 一、概述 增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术是通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除（切削加工）技术，是一种“自下而上”材料累加的制造方法。自上世纪80年代末增材制造技术逐步发展，期间也被称为“材料累加制造”（Material Increse Manufacturing）、“快速原型”（Rapid Prototyping）、“分层制造”（Layered Manufacturing）、“实体自由制造”（Solid Free-form Fabrication）、“3D打印技术”（3D Printing）等。名称各异的叫法分别从不同侧面表达了该制造技术的特点。 美国材料与试验协会(ASTM)F42国际委员会对增材制造和3D打印有明确的概念定义。增材制造是依据三维CAD数据将材料连接制作物体的过程，相对于减法制造它通常是逐层累加过程。3D打印是指采用打印头、喷嘴或其它打印技术沉积材料来制造物体的技术，3D打印也常用来表示“增材制造”技术，在特指设备时，3D打印是指相对价格或总体功能低端的增材制造设备。 增材制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显著。近二十年来，增材制造技术取得了快速的发展。增材制造原理与不同的材料和工艺结合形成了许多增材制造设备。目前已有的设备种类达到20多种。这一技术一出现就取得了快速的发展，在各个领域都取得了广泛的应用，如在消费电子产品、汽车、航天航空、医疗、军工、地理信息、艺术设计等。增材制造的特点是单件或小批量的快速制造，这一技术特点决定了增材制造在产品创新中具有显著的作用。 美国《时代》周刊将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”，认为该技术改变未来生产与生活模式，实现社会化制造，每个人都可以成为一个工厂，它将改变制造商品的方式，并改变世界的经济格局，进而改变人类的生活
残余应力的产生、影响及防控措施 崔曙东 摘要：对钢结构而言，残余应力的存在，是影响结构脆断、疲劳破损和结构稳定性降低的重要因素。本文试图对残余应力的产生、对结构的影响和如何有效降低残余应力及影响作简单分析。 关键词：残余应力脆断疲劳破损刚度稳定性 1引言 钢结构自问世以来，由于其具备的强度高、自重轻、抗震性能好、、施工速度快、地基基础费用省、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，钢结构在建筑领域被广泛应用。但是，也不能否认，钢结构还存在着许多缺陷和隐患，例如稳定性从一开始就一直是钢结构中无法回避的问题，还有随着钢结构建筑的深入发展，脆断和疲劳破损等问题也越来越突出。而上述的诸多问题，无一不与构件内部的残余应力存在密切联系，本文试图从实际出发，探讨残余应力的产生过程、对结构或构件的影响以及如何有效降低残余应力及影响。 2残余应力的成因 残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，产生的原因很多，其中，焊接残余应力是很重要的一种，另外在钢材的加工过程中也会产生参与应力。 2.1焊接残余应力 焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，不均匀的温度场将使焊件各部分产生不均匀的变形，从而产生各种焊接残余应力。焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接过程中某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随着时间而变化。焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。焊接残余应力大大降低了焊接部位材料的有效比例极限，是结构发生脆断的重要原因之一。焊接结构中残余拉应力还会降低结构抗疲劳和耐腐蚀的能力;残余压应力会降低受压构件的刚度，从而使稳定承载力。焊接残余应力是焊件产生变形和开裂等工艺缺陷的重要原因，由于其影响因素众多，计算残余应力又极为复杂，因此给残余应力的研究带来了许多困难，对焊接结构的残余应力研究就显得尤为重要。[1] 2.1.1沿焊缝轴线方向的纵向焊接残余应力 施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律（变形前的平截面，变形后仍保持平面）而受到其相邻较低温度区的约束，使焊缝区产生纵向压应力。由于钢材在高温时呈塑性状态（称为热塑状态），因而高温区这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形，这种塑性变形当温度下降、压应力消失时是不能恢复的。在焊后的冷却过程中，如假设焊缝区金属能自由变形，冷却后钢材因已有塑性变形而不能恢复其原来长度。事实上由于焊缝区与其邻近钢材是连续的，焊缝区因冷却产生的收缩变形又因平截面变形的平截面规律受到邻近低温区的钢材的约束，使焊缝区产生拉应力。这个拉应力当焊件完全冷却后仍残留在焊缝区的钢材内，故名焊接残余应力，对于低合金钢材焊接后的残余应力常可达到其屈服点。又因截面上残余应力必须自相平衡，焊缝区以外的钢材截面内必然有残余压应力。
为什么会有残余应力 金属材料在产生应力的条件消失后，为什么有部分的应力会残留在物体内？为什么这些应力不会随外作用力一起消失？ 金属材料在外力作用下发生塑性变形后会有残余应力出现!而只发生弹性变形时却不会产生残余应力. 原因：金属在外力作用下的变形是不均匀的,有的部位变形量大,而有的部位小,它们相互之间又是互相牵连在一起的整体,这样在变形量不同的各部位之间就出现了一定的弹性应力-----当外力去除后这部分力仍然存在,就是所谓的残余应力.根据它们存在的范围可分为:宏观应力\微观应力和晶格畸变应力.注意它们是在一定范围存在的弹性应力. 残余应力不只是金属有，非金属也存在，比如混凝土构件。残余应力的根源在于卸载后受力物体变形的不完全可逆性。 金属残留在物体内的应力是由分子间力的取向不同导致的。外力撤销后，外力所造成的残余变形导致了残余应力。通常用热处理、时效处理来消除残余应力。因为材料受外力作用后，金属的组织产生晶格变形，并不会随外力消失而恢复。所以会产生残余应力。组织产生晶格变形了，自身储存了一些能量但级别又克服不了别的晶格的能量。所以就回有残余应力。 我们真正关心的是零件加工后的质量。由于毛坯制造过程中会造成较大的残余应力，而这些零件毛坯中处于“平衡”状态的残余应力在加工之前不引起毛坯明显变形。当零件加工之后，原来毛坯中残余应力的“平衡状态”被打破，应力释放出来，会造成零件很快变形而失去应有的加工精度。减小毛坯中因制造而残留在毛坯内部残余应力对零件加工质量的影响，通常要进行消除应力的热处理，对要求精度高的零件要在粗加工后进行人工时效处理，加快残余应力的重新分布面引起的变形过程，然后再精加工。不仅对细长轴，而且包括所有要经过冷校直的零件(如型钢、导轨)，应当注意残余应力对零件加工精度的影响。影响高精度零件质量的残余应力主要是在加工过程中产生的。在切削过程中的残余应力由机械应力和热应力两种外因引起。机械应力塑性变形是切削力使零件表层金属产生塑性变形，切削完成后又受到里层未变形金属牵制而残留拉应力(里层金属产生残余压应力)。第三变形区内后刀面与已加工表面的挤压与摩擦又使表面金属产生残余压应力(里层金属产生残余拉应力)。如果第一变形区内应力造成的残余应
金属材料在增材制造技术中的研究进展 胡 捷，廖文俊，丁柳柳，胡 阳 （上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海２００ ０７０）摘要 对金属材料在增材制造技术研究中的发展史进行了概述，并分类描述了不同的成形机制。重点详细介绍了增材制造技术领域内各类金属材料的研究进展，种类涵盖到钛合金、镍合金、钢、铝合金和硬质合金等材料。最后提出行业应该更注重“政用产学研”五位一体化，以市场为导向，逐渐形成一系列金属材料的增材制造工艺方法及标准。 关键词 增材制造 钛合金 镍合金 钢中图分类号：ＴＧ１４ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＨＵ Ｊｉｅ，ＬＩＡＯ Ｗｅｎｊｕｎ，ＤＩＮＧ Ｌｉｕｌｉｕ，ＨＵ Ｙａｎｇ （Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｃａｄｅｍｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７０）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ，ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ，ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ，ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，ｓｔｅｅｌ 胡捷：男，１９８８年生，硕士，工程师，研究方向为金属材料的制备和加工 Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｊｉｅ３＠ｓｈａｎｇ ｈａｉ－ｅｌｅｃｔｒｉｃ．ｃｏｍ０ 引言 增材制造技术， 顾名思义，是指运用离散－堆积的方法将材料一点一点地增加起来的加工技术，主要工艺流程如图１所示 。 图１ 增材制造的工艺流程 Ｆｉｇ．１ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ早期的增材制造技术主要为原型制造， 用于快速响应产品的外观设计，所用材料包括树脂和塑料。随着市场需求的不断提高，增材制造技术不能仅仅满足于外观要求，还必须 逐渐向制造功能件方向转变，由此关于金属材料的研究便不曾间断。 在２０世纪９０年代中期，美国联合技术研究中心（ＵＴＣ）与桑地亚国家实验室（Ｓａｎｄｉａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）合作开发了激光工程化近成形制造技术（Ｌａｓｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｎｅｔ ｓｈａ－ｐｉｎｇ ，ＬＥＮＳ），该技术使用了Ｎｄ∶ＹＡＧ固体激光器和同步粉末输送系统，用于金属零件的近形制造和局部修复。与此同时，瑞典的Ａｒｃａｍ公司基于电子束熔炼快速制造技术（Ｅ－ｌｅｃｔｒｉｃ ｂｅａｍ ｍｅｌｔｉｎｇ ，ＥＢＭ）发展出金属材料“自由成形技术”（Ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＦＦＦ），可直接由金属粉末生成完全致密零件；国内西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授突破了快速原型制造的界限，发展出激光立体成形技术（Ｌａｓｅｒ ｓｏｌｉｄ ｆｏｒｍｉｎｇ，ＬＳＦ），获得了形状较为复杂的金属零部件。随后，美国Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ国家实验室开发了直接光学制造（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｌｉｇ ｈｔ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ＤＬＦ）的金属零件快速成型；美国Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ和Ｃａｒｎｅｇｉｅ Ｍｅｌｌｏｎ Ｕｎｉ－ｖｅｒｉｓｉｔｙ合作开发了形状沉积制造技术（Ｓｈａｐ ｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＳＤＭ）；美国密西根大学研究开发了直接金属沉积技术（Ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔａｌ ｄｅｐ ｏｓｉｔｏｎ，ＤＭＤ）；德国弗朗和夫研究所（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）开发了控制金属堆积技术（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｍｅｔａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ，ＣＭＤ）；英国Ｂｉｒｍｉｎｇ ｈａｍ大学的吴鑫华教授提出了受控激光制造技术（Ｄｉｒｅｃｔ ｌａｓｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）等［１－４］ 。如今，在国内以金属激光熔覆（Ｌａｓｅｒ ｃｌａｄｄｉｎｇ，ＬＣ）、金属材料选区激光熔化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ ，ＳＬＭ）或烧结（Ｓｅ－ｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ，ＳＬＳ）技术占据市场主导地位，ＳＬＳ技· ９５４·金属材料在增材制造技术中的研究进展／胡 捷等
残余应力产生及消除方法 船舶零件加工后,其表面层都存在残余应力。残余压应力可提高零件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度,残余拉应力的作用正好相反。若拉应力值超过零件材料的疲劳强度极限时,则使零件表面产生裂纹,加速零件的损坏。引起残余应力的原因有以下三个方面: ( 一冷塑性变形引起的残余应力 在切削力作用下,已加工表面受到强烈的冷塑性变形,其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压和摩擦产生的塑性变形最为突出,此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。切削力除去后,基体金属趋向恢复,但受到已产生塑性变形的表面层的限制,恢复不到原状,因而在表面层产生残余压应力。 ( 二热塑性变形引起的残余应力 零件加工表面在切削热作用下产生热膨胀,此时基体金属温度较低,因此表层金属产生热压应力。当切削过程结束时,表面温度下降较快,故收缩变形大于里层,由于表层变形受到基体金属的限制,故而产生残余拉应力。切削温度越高,热塑性变形越大,残余拉应力也越大,有时甚至产生裂纹。磨削时产生的热塑性变形比较明显。 ( 三金相组织变化引起的残余应力 切削时产生的高温会引表面层的金相组织变化。不同的金相组织有不同的密度,表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时,因为受到基体的限制,产生了压应力;反之,则产生拉应力。 总之,残余应力即消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等,不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。残余应力一般是有害的,如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后,残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形,甚至开裂,经淬火或磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷。当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加,而使总应力超过强度极限时,便出现裂纹和断裂。零件的残余应力大
钢桥焊缝残余应力与变形分析 一、概述 钢桥是指上部结构主要承重部分是用钢材制成的桥梁，它自重较轻，跨越能力大，抗拉、抗压、抗剪强度高，可用于复杂桥型和景观桥。在工程中，经常能见到的钢桥类型有：梁桥（I型板梁、桁梁、箱梁），拱桥（系杆拱，箱形拱、桁架拱），索桥（悬索桥和斜拉桥）。 我国迄今已建造了3600余座各式钢桥。仅在长江上已有各种型式的桥梁30余座，其中接近半数为钢桥。关于焊接钢桥，可以公路桥为对象作比较，按大跨径悬索桥的跨径L≥600m，大跨径斜拉桥L≥400m，进行不完全统计。90年代以来中国已建成大跨径悬索桥7座，大跨径斜拉桥10座；同时期国外建成的大跨径悬索桥有10座（其中日本6座），大跨径斜拉桥有15座（其中日本6座）。按跨径大小排序，在世界上建成的全部悬索桥中排名前十位的焊接钢桥中，中国有2座：江阴长江大桥（L=1385m）排名第四，香港青马大桥（L=1377m）排名第五；斜拉桥排名前十位的焊接钢桥中，日本的多多罗大桥L=890m，居首位；中国有6座桥，排名第三、四、五、六、七和第九（南京长江二桥L=628m，排第三位；武汉长江三桥L=618m，排第四位）。 钢桥是由钢板、型钢等组合连接制成基本构件，如梁、柱、桁架杆件等，运到工地后再通过安装连接组成整体结构。连接在钢桥中占有很重要的地位。钢桥中部件的连接方法主要有铆钉连接、螺栓连接和焊接三类。 焊接是现代钢桥最主要的连接方法，它是对钢材从任何方位、角度和形状相交都能方便使用，一般不需要附加连接板、连接角钢等零件，也不需要在钢材上开孔，不使截面受到削弱。因此，它的构造简单，节省钢材，制作方便，并易于采用自动化操作，生产效率高。此外，焊接的刚度较大，密封性较好。常见的焊接方法有电弧焊、栓钉焊，电弧焊又常分为手工电弧焊、埋弧焊和气体保护焊。焊缝连接中按焊体钢材的连接方式可分为对接接头、搭接接头、T型接头、角接接头等形式。 但焊接也存在着它不足的一面，焊缝附近钢材因焊接的高温作用而形成热影响区，其金相组织和机械性能发生变化，某些部位材质变脆；焊接过程中钢材受到不均匀的高温和冷却，使结构产生焊接残余应力和残余变形，影响结构的承载力、刚度和使用性能；焊缝可能出现气孔、夹渣、咬边、弧坑裂纹、根部收缩、接头不良等影响结构疲劳强度的缺陷。 二、残余应力与残余变形 1、残余应力与残余变形的定义
内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 传统零件制备工艺主要是减材制造。从一块原材料开始，通过切割、钻、铣削等机械工艺方式去除部分材料，从而获得一个三维物体形态，这个过程中材料的利用率较低。而增材制造通过极小单位的原材料的叠加产生三维物体形态，虽然后期也可能通过再加工产生废料，但总体来说对材料的浪费是很少的。这在原型制作以及小批量生产上明显优于传统减材技术。 激光增材制造技术是一种基于离散/ 堆积成形思想的新型制造技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等新技术而发展起来的先进产品研究与开发技术。其基本过程是将三维模型沿一定方向离散成一系列有序的二维层片；根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一系列层片并自动通过激光熔敷、烧结、沉积等将它们联接起来，得到三维物理实体。这样将一个物理实体的复杂三维加工离散成一系列层片的加工，大大降低了加工难度，且成形过程的难度与待成形的物理实体形状和结构的复杂程度无关。该技术的主要特点有：高柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成形过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或只需较少干预，是一种自动化的成形过程；成形全过程的快速响应，适合现代激烈的产品市场。 尤其是金属零件，其主要采用激光增材制造技术，以高功率或高亮度激光为热源，逐层熔化金属粉末，直接制造出任意复杂形状的零件。其主要方法有： 1、激光直接沉积增材制造技 该技术可追溯到20 世纪70 年代末期的激光多层熔覆研究，但直到20世纪90年代，国内外众多研究机构才开始对同轴送粉激光快速成形技术的原理、成形工艺、熔凝组织、零件的几何形状和力学性能等基础性问题开展大量的研究工作。
316L奥氏体不锈钢具有高强度和耐腐蚀特性。316L可在很宽的温度范围内下降到低温，用于航空航天、石油、天然气等多种工程应用，也可用于食品加工和医疗等领域。 17-4PH马氏体不锈钢耐腐蚀性，在高达315°C下仍然拥有高强度、高韧性，激光加工状态具有极佳的延展性。 马氏体MS1(18Ni300) “马氏体时效”钢在时效过程中具有高强度、韧性和尺寸稳定性。与其他钢不同，MS1不含碳，属于金属间化合物，通过丰富的镍，钴和钼的冶金反应硬化。由于高硬度和耐磨性，马氏体300适用于许多模具的应用（注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压）,也为应用于各种高性能的工业工程部件（航空航天、高强度机身部件和赛车）。德国EOS AlSi10Mg 铝/镁组合可带来显著的强度和硬度的增加。适用于薄壁，几何形状复杂的零件，在需要良好的热性能和低重量场合中作为理想的应用材料。其零件组织致密，有铸造或锻造零件的相似性。 铝硅12 一种具有良好的热性能的轻质增材制造金属粉末材料。典型应用在薄壁零件如换热器，汽车，航空航天和航空工业级的原型及生产零部件。 青铜CuSn合金 这种合金具有优异的导热性和导电性。热管理应用中的具优良热传导率的铜，可以结合设计自由度，产生复杂的内部结构和冷却通道。适合冷却更有效的工具插入模具，如半导体器件。也用于具有壁薄、形状复杂特征的微型换热器. 激光铜合金加工（LAAM）是具有挑战性的技术，铜的高导热迅速将热量从熔池通过高反射率高转移大量的电力。因此，较高的激光功率是必需的。 CoCr合金 具有高的强度，优良的耐腐蚀性和良好的生物相容性，无磁性。由于高耐磨性，良好的生物相容性，无镍（镍含量＜0.1%）特点，常用于外科植入物如合金人工关节、膝关节和髋关节。 也可用于发动机部件，风力涡轮机和许多其他工业部件，以及时装行业，珠宝等。 In718 基于铁镍硬化的超合金，具有优异的耐腐蚀性以及良好的耐热和拉伸、疲劳、蠕变性能，Inconel718适合各种高端应用包括飞机涡轮发动机和陆基涡轮机（叶片，环，套管，紧固件和仪表零件）。 In625 在温度高达约815C条件下依然提供优良的负载性能，此外，耐腐蚀性能，这种合金广泛应用于需要高的点蚀、缝隙腐蚀和耐高温的行业，例如航空航天，化工和电力工业中的应用。TC4 具有优异的强度和韧性，结合耐腐蚀、低比重和生物相容性使其在航空航天和汽车比赛中许多高性能工程应用非常理想，而且还用于生产生物医学植入物，强度高、模量低、耐疲劳性强。
《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》 ------配套光盘例题选用说明 第一组： DATA6:移动焊接源模型温度计算例题 DATA7:固定焊接源模型温度计算例题 该组的例题可以比较不同热源模型下不同的温度场计算结果，计算结果只有温度场，无应力、变形等计算结果。 在该组，可以改变热源参数，如不同的体积热流密度输入对温度场分布的影响。 第二组： DATA8: 槽焊接固定焊接热源模型温度计算例题 DATA9：槽焊接热弹塑性法的热应力和残余应力计算例题 DATA8用来计算温度场，DATA9用来计算应力场，用该题来计算槽焊接的残余应力及残余塑性应变，由此例题计算出的残余塑性应变称为固有应变。 用该例题亦可用来比较曹焊和对板焊接时，由于焊接模型不同导致的结果的不同。 DATA9计算结果中可以看出最高温度，直观显示不同时刻（就3个）显示残余应力/残余塑性应变在焊接方向、横向的分布，以及最大最小值，判断不同部位的压缩/拉伸变形、应力区域。 第三组： DATA11: 对接焊接移动焊接热源模型温度计算例题 DATA12：对接焊接热弹塑性法的变形应力计算例题 DATA11用来计算温度场，可以按照温度分布，分析熔池范围、HZA范围、力学的熔点范围以及最高达到温度，并可根据计算结果作简单的讨论。在此例题中，可手动改动材料输入数据，研究不同的材料输入参数（如定材料物性参数、变物性参数以及不同的材料钢铁、铝合金等），以及改变热源参数对结果的影响。手动改动材料参数在文件名为“inp”的文件中修改，可用“记事本”打开。 DATA12用来计算焊接的热变形、热应力以及残余变形、残余应力以及残余塑性应变，改变参数，研究其对结果的影响。 第四组： DATA19厚板表面堆焊焊接的固定焊接热源模型温度计算例题 DATA20厚板表面堆焊焊接热弹塑性的焊接角变形再现计算例题 该例题主要是用来考察在厚板焊接的情况下的温度分布和角变形计算。 建议： 1.建议可以用DATA11、DATA12来进行基础训练，改动参数比较其计算结果部 分可以用来做为提高训练，提高训练部分也可以选用其他不同的组，比较相同焊接工艺不同的焊接模型（如对焊、堆焊、角焊情况的差异）对于计算结果的影响。另外，该程序未能考虑潜热释放与否对计算结果一项，因此，在此例题中不能研究潜热释放这一影响参数。
CONSTRUCTION 技术探讨 浅析焊接残余应力与变形 郑钰红 贾德厚 中联重科土方机械分公司 陕西华阴 714202 摘 要：为了给焊接结构件生产的工艺及现场制造提供技术支持，本文研究了焊接过程中焊接应力与变形产生的机理，分析了焊接应力与变形形成的特点。针对焊前—焊中—焊后的生产顺序，探讨了焊接应力与变形产生的规律，提出了焊前—焊中—焊后三个焊接成形阶段的具体控制措施，本文通过图文并茂的表现形式，形象清晰地将抽象的理论具体化，对解决应力与变形的问题，具有指导意义。 关键词：焊接；残余应力；变形 中图分类号：TG4 文献标识码：A 1.引言 长期以来，应力与变形的恶劣表现贯穿于金属焊结构件生产的始终。与之相应，认识与控制焊接应力与变形进而减少其对于构件性能的不良影响也成为每个焊接工作者的重要研究领域之一。 2.焊接应力与变形的产生机理 图1是低碳钢材料的屈服强度σs与温度的实际关系图。很明显，随着温度的升高，材料的屈服强度逐渐降低。当温度超过600℃时，低碳钢材的屈服强度趋于 0。 图1 熔焊过程中，由于母材金属被其他零件在整体尺寸上已经限制住了，形成了拘束条件。同时熔焊产生的高温足以使母材产生剧烈的膨胀并轻易超过材料的屈服极限，产生塑性变形。加之熔池液态金属在很大程度上消化了母材受热所产生的膨胀。使母材冷却后的缩短趋势不得满足，形成了焊接残余应力与变形。 不难得出，冷却过程中焊道及周边母材的受拘束程度左右了残余应力与变形的形成。下有三种假设： 2.1如果焊道能够完全自由收缩，冷却后只出现残余变形而几乎没有残余应力。 2.2如果焊道绝对拘束而不能收缩，冷却后只出现残余应力而无残余变形。 2.3如果焊道收缩不能充分进行，则冷却后既有残余应力也有残余变形。 实际生产中的焊接，就与上述的第3中情况相同，焊后既有焊接应力存在，也有焊接变形产生。最终发生的趋势和程度却符合1、2种情况的描述，即拘束大则残余应力大，而焊后变形小。反之亦然。 3.焊接应力与变形的控制 基于前述理论，焊接残余应力与变形在表现形式上虽有不同，其形成原因却无大异。这也说明两者可以综合考虑，权衡控制。在了解焊接应力与变形成因的基础上，应尽量在母材的收缩趋势和方向上尽施自由，避免在控制焊接残余应力与变形时顾此失彼。并以“预防为主，规范控制，科学矫正”的原则指导实施。 3.1焊前预防 3.1.1从结构设计上控制 3.1.1.1应尽量减少不必要的焊缝。 在焊接结构设计中，常用筋板来提高结构的稳定性和刚度，但是筋板数量太多，焊缝过于密集，焊接应力与残余变形也会大大增加。因此，应在保证构件强度的情况下，尽量减少不必要的焊缝。 3.1.1.2安排合理的焊缝位置 尽可能在对称于截面中性轴或接近于中性轴的位置上安排焊缝，可以有效地减少焊接应力与变形的发生。 3.1.1.3选择合理的焊缝坡口形式和焊缝尺寸 通常来说，不开坡口比开坡口、V型坡口比X型坡口、大角度比小角度坡口，都更容易引起焊接应力与变形。 3.1.1.4加设减应力槽或减应力孔 在不影响结构整体强度的前提下可以在焊缝附近开设减应力槽（如图2）。通过减小焊件局部刚度来增加焊缝的自由伸缩 度，进而达到减小焊接残余应力和变形的目的。 图2 3.1.2从工艺准备上控制 3.1.2.1反变形法 事先估计好结构变形的大小和方向，先反向变形，使之焊后与焊接变形相抵消，以达到设计和技术要求。值得一提的是，预设反变形不仅可以有效地冲抵焊接变形，而且与刚性固定法相比较，其减轻残余应力效果也较理想。 3.1.2.2留“裕度”法 与前法类似，预留收缩量也是通过焊前先在要产生收缩的地方加大尺寸，以此来“吃”掉一部分焊接变形，而相对自由的收缩条件也使得残余应力得以降低。 3.1.2.3预热法 即在施焊前，预先将焊件局部或整体加热，以减少焊接区 第4卷 第33期2014年11月
表面残余应力 胡宏宇 （浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州 310032） 摘要：残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。 关键词：残余应力；切削变形；磁测法；喷丸强化； Surface residual stress （S chool of mechanical engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China） Abstract：Residual stress is mainly caused by the uneven plastic deformation of component. All kinds of engineering materials in the preparation of blank, parts and components processing, heat treatment and assembly process will produce different degree of residual stress. Residual stress because of its intuitive factors such as poor and difficult to detect is often neglected. Seriously affect the residual stress of component machining precision and dimension stability, static strength, fatigue strength and corrosion cracking. Especially on the bearing and rotating parts, the existence of the residual stress can lead to sudden destruction and the consequences are often very serious. Therefore, to study the mechanism of residual stress, detection means, elimination method and the influence of residual stress of components。 Key words：Residual stress；machining deflection；magnetic method；Shot peening strengthening； 前言 随着现代制造技术的发展，大飞机、高铁、核设施等大型设备相继出现；这些设备具有高速、重载和长时间运行的特点，其零部件工作环境恶劣、复杂，且往往对安全性有着极其苛刻的要求，因而对这些设备的关键部件，如轴承、曲轴、传动轴的疲劳寿命和可靠性也有很高的要求，对它们的疲劳寿命预测 和分析成为研究的重点． 金属切削加工是一个伴随着高温、高压、高应率的塑性大变形过程, 在已加工表面上存在着相当大 的残余应力; 同时又由于切削过程切削力和切削热作用及刀具与工件的摩擦等综合因素的影响, 使得零件内部初始的残余应力重新分布并与表面层残余应力耦合作用形成新的残余应力分布规律。残余应力以平衡状态存在于物体内部, 是固有应力域中局部内应力的一种。残余应力是一种不稳定的应力状态, 当物体受到外力作用时, 作用应力与残余应力相互作用, 使其某些局部呈现塑性变形, 截面内应力重新分配; 当外力作用去除后, 整个物体由于内部残余应力的作用将发生形变。 根据理论分析和实验研究的结果，工件的疲劳寿命和加工表面的残余应力状态有重要的关系：残余压应力能抑制工件的疲劳破坏，延长疲劳寿命；残余拉应力则相反，会加速疲劳破坏的出现[2]．因此，了解
适用于金属3D打印机三种材料解析 现如今市场上金属3D打印机的材料几乎都以金属粉末为主。不管是直接用作3D打印原材料还是将其掺杂在线材中，金属材料能够成为3D打印机制作金属件的基本成分。这意味着一款金属3D打印材料的可用性几乎取决于金属粉末可融性的难易程度。例如，铝粉比钢粉更难以粘接，因此在金属3D打印机材料中并不常见。 与传统制造方法相比，最适用于金属3D打印机的材料能够为制造商提供最大受益。通常，这源于可加工性的难度高低。在传统制造工艺下，例如工具钢和钛金属很难加工，但机械加工难易性并不适用于3D打印领域，因此可以在3D打印机上能够以最少的人工、时间成本加工这类金属。 今天小编为大家带来三种最适用于金属3D打印机上的材料，以及每种材料在3D打印制造过程中的利弊分析。 1、不锈钢 不锈钢的特点是机械强度高，耐腐蚀性强。从早期工业制造到3D 打印技术的应用，该金属材料广泛用于各行各业的生产中。3D打印不锈钢的材料主要包括极耐腐蚀的316L和可热处理的17-4 PH不锈钢。 工具钢顾名思义，此类钢用于各种制造工具。切割，冲压，模制或成型的生产线上的任何物品都可能由工具钢制成。工具钢由于具有很高的硬度，出色的高耐热性和耐磨性，因此可以承受各类苛刻环境。由于具备这些特性，传统工艺下工具钢一般很难加工且价格昂贵，故
而使其成为3D打印的理想选择。流行的粉末和线材包括A2，D2和H13工具钢。 2、钛 钛这种金属坚固，轻巧，耐热和耐化学腐蚀。通常，钛在加工方面极具挑战性(导致其成本高昂)，因而使其成为金属3D打印机材料的理想之选。最常见的3D打印钛是Titanium 64(Ti-6Al-4V)，可用于强度/重量比非常高的零件加工，例如军工、航天航空领域的应用。 3、镍铬铁合金 金属3D打印机主要用普通金属(例如钢)生产零件，但它们也可以用镍铬铁合金 625等此类合金制造零件，这些零件特别适合极端环境。镍铬铁合金 625是一种坚固，坚硬且非常耐腐蚀和耐热的镍基高温合金，通常用于涡轮机和火箭制造等零件生产。其他类型的镍铬铁合金，如镍铬铁合金 718，并不具有与镍铬铁合金 625相同的耐热性。从传统加工生产方式难易度上来说，这种材料的加工非常昂贵。相反，人们可以利用镍铬铁合金粉末在3D打印机上进行特殊零件加工，这为镍铬铁合金在3D打印机上的应用打开了大门。 4、金属3D打印机材料的展望 当前可用于金属3D打印机上的材料相对较少，并且多数集中在对增材制造最有利的特殊合成材料上。然而，随着金属3D打印的不断成熟，人们有望在不同的金属3D打印机上看到更多便宜的金属3D打印线材和粉末材料。这些材料具有与本文所述金属相同的成本优势，将为金属3D打印开辟新的应用领域，并进一步为各行业特殊零件制造加
科技论文检索及写作 —金属增材制造技术 学院：材料科学与工程学院 专业班级：焊接1301班 姓名：徐昀华 学号： 130200308 任课教师：张春华 完成日期： 2016.12.29
摘要：金属增材制造技术作为3I)打印技术的一个重要分支，在20余年的发展中取得了显著的进展。 文中简要:回顾了金属增材制造技术的历史溯源，重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钦合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展，探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。 关键词:金属材料;增材制造;激光快速成形;性能 Metal Additive Manufacturing Technique (Research institute of Additive Manufacturing(3D Printing)，College of Mechanical and Electrical Engineering,Nanjing University of Aeronautics g- Astronautics，Nanjing, 210016，China) Abstract:The metal additive manufacturing technique，as an important branch of 3D printing technique，has made remarkable progress based on the rapid development of materials technique，equipment technique，computer technique，and so on. The evolution history of metal additive manufacturing technology reviewed briefly. The microstructure，the mechanical performance，the micro-defect，and the technological process of product are introduced to discuss the studies on additive manufacturing technique of titanium alloy，nickel-base super，and so on. Some suggestions of technical problems in the development of additive manufacturing technique are put forward. Finally，the main development direction is pointed out. 作为一种全新概念的制造技术，增材制造技术自20世纪90年代出现以来，经过20余年的发展，己经成为当前先进制造技术领域技术创新蓬勃发展的源泉，以“3D打印技术”为全新概念的增材制造技术己经成为当前包括美国在内的世界主要制造大国实施技术创新、提振本国制造业的重要着力点川。中国政府积极推进3D打印技术在制造业的技术创新进程。在工业和信息化部的支持下，2012年成立“中国3D打印技术产业联盟”。2013年，中国3D打印技术产业联盟成功举办首届世界3D打印技术产业大会，并与亚洲制造业协会、英国增材制造联盟、比利时Material公司、德国E()S公司、美国3 D System公司等组织共同发起成立世界3D打印技术产业联盟的号召，高度凸显了中国3D打印技术在全球3D 打印技术创新领域的重要引领作用。作为金属增材制造技术基础研究的支持机构，国家自然科学基金委员会机械工程学科在“十三五”学科发展战略规划设想中明确将增材制造技术作为跨学科学部交叉优先领域进行布局，以进一步提升中国增
国内电弧增材制造技术的研究现状与展望 摘要：本文简述了电弧（电熔）增材制造技术特点、优势和发展历史，详细分 析了国内在电弧增材制造工艺、质量控制、电弧增材制造材料性能三方面的研究 情况，并基于目前的研究现状，提出了电弧增材制造技术在制造工艺、质量控制 和材料性能三方面研究的建议。 关键词：电弧增材制造，研究现状，展望 1引言 增材制造，是一种新型的金属“降维”制造工艺，通过对三维数字模型进行分 层切片处理，再按照预先规划好的路径将材料逐层累加的制造方式，是一种自下 而上，化零为整的制造方法，在复杂结构零部件制造方面有很大优势。电弧增材 制造(Arc welding additive manufacturing，简称WAAM)技术，也称为电熔增材制造 技术（Electrical additive manufacturing，简称EAM ）是采用电弧为热源的增材制 造技术，通过熔化金属丝材或粉末，逐层堆积出金属零部件的制造方法，具有丝 材利用率高、生产效率高，成本底，零件的尺寸不受成形缸或真空室的限制，易 于修复零件等优点。和传统的铸造、锻造技术相比，制造过程无需模具，整体制 造流程短，制造周期短，柔性化程度高，易于实现数字化、智能化，对设计的响 应快，可实现零部件的拓扑优化设计，在小批量、复杂构件的个性化定制方面具 有很大技术和成本优势。 20世纪70年代，德国学者提出了电弧增材制造的概念，并采用该技术制造 了一金属容器。20世纪80年代，美国使用等离子弧焊、熔化极气体保护焊技术 制造出了镍基合金金属构件，20世纪90年代，随着增材制造技术的发展，电弧 增材制造技术也得到了空前的发展，在装备、工艺及材料性能研究方面均取得了 很大突破。 2电弧增材制造技术研究现状 目前国内外用于WAAM制造的电弧种类主要为熔化极气体保护焊（GMAW），钨极惰性气体保护焊（GTAW）、等离子弧焊（PAW）等，尤其是配以冷金属过 度的熔化极气体保护焊，因其热输入小，电弧稳定性好等特点，得到了广泛发展 和应用。今年来，国内各大高校针对电弧增材制造的研究也在不断深入，主要集 中在成形控制、过程监控和成形件性能研究等方面。 2.1工艺与成形研究 电弧增材制造在制造过程中液态熔池较大，电弧的可控性难，故成形控制是 电弧增材制造的发展的主要瓶颈之一。电弧增材制造的在成形设备方面，主要有 两种方式，一种是焊接设备与多功能数控机床复合，另一种是焊接设备与多轴机 械手复合，实现柔性制造。成形控制方面的研究主要集中在工艺优化、过程监控 以及实时反馈等方面，在工艺优化环节主要是通过实验，针对不同的增材方法， 研究合适的工艺参数，例如打印速度，丝径，送丝速度，电流，电压等。沈泳华[[[]沈泳华.电弧增材制造成形系统设计和成形规律研究[D].南京：南京航空航天大学，2017]]研究了以KUKA焊接机器人和Fronius数字化焊机为主要设备的GMAW 冷金属过渡电弧增材制造系统和成形规律，采用“反切削法”实现了电弧增材制造 成形路径规划系统，并研究了不同工艺条件下的表面成形质量。熊俊[[[] 熊俊.多 层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014]]研究了单道熔化极气体保护增材制造的工艺特性和成形质量，表明熔敷电 流是决定成形形貌的决定因素，良好的成形电流区间为100~180A。柳建等人[[[]