Study on Forming, Microstructure and Mechanical Properties of Oscillating Laser-arc Hybrid Additive of Titanium Alloy for Rail Transit

SUN Shujuan; MA Yin; HAO Shouyu; LIU Fuyun; HAN Xiaohui; TAN Caiwang

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.01

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Study on Forming, Microstructure and Mechanical Properties of Oscillating Laser-arc Hybrid Additive of Titanium Alloy for Rail Transit
Vol. 55, Issue 5, Pages: 1-11(2025)
Received：21 March 2025，

Revised：2025-04-02，

Published：20 May 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.01
稿件说明：

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孙术娟，马寅，郝守雨，等.轨道交通用钛合金摆动激光-电弧复合增材成形、组织及力学性能研究［J］.电焊机，2025，55（5）：1-11. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.01.

SUN Shujuan, MA Yin, HAO Shouyu, et al.Study on Forming, Microstructure and Mechanical Properties of Oscillating Laser-arc Hybrid Additive of Titanium Alloy for Rail Transit[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(5): 1-11. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.01.

摘要

研究了不同激光摆动参数对激光-电弧复合增材制造轨道交通用TC4钛合金成形质量、微观组织及力学性能的影响。与传统的电弧增材制造相比，摆动激光能诱导电弧，增强了增材过程电弧稳定性。采用0.5 mm的小摆幅时增材成形质量较好，而激光不摆动时成形起伏较大，摆幅1 mm时则墙体粗糙度较大。在摆动幅度为0.5 mm时，形成典型的钉子状熔深，有效细化了晶粒尺寸，而当激光不摆动和摆幅过大时，熔合线近乎水平，晶粒垂直向上连续生长，导致晶粒尺寸粗大。在0.5 mm摆幅下，细化晶粒效果最为显著，试样的拉伸性能最佳，横向拉伸强度为814.74 MPa，纵向拉伸强度可达到949.07 MPa。

Abstract

This study investigates the effects of different laser oscillation parameters on the forming quality and microstructural properties of rail transit titanium alloy fabricated by laser-arc hybrid additive manufacturing. The results indicate that oscillating laser can induce arc stabilization

thereby enhancing process stability during deposition. When employing a small oscillation amplitude of 0.5 mm

superior formation quality was achieved

whereas non-oscillated laser resulted in significant surface undulations and a 1 mm amplitude caused increased wall roughness. At the optimal 0.5 mm amplitude

typical nail-shaped molten pool penetration was formed

which effectively refined grain size. In contrast

nearly horizontal fusion lines with continuous vertical grain growth were observed under non-oscillation and excessive amplitude conditions

leading to coarse grain structures. The 0.5 mm amplitude demonstrated the most significant grain refinement effect

contributing to optimal tensile properties with the specimen achieving a tensile strength of 949.07 MPa.

关键词

Keywords

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