浏览全部资源
扫码关注微信
Received：19 November 2024，
Revised：2024-12-12，
Published：20 May 2025
移动端阅览
增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容，而电弧熔丝增材技术在镍基高温合金成形中具有显著的优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面，对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。重点介绍了镍基高温合金电弧熔丝增材制造工艺过程，从电弧增材工艺、增材件的后热处理和增材成形数值模拟三个方面介绍镍基高温合金电弧增材的优势与存在的问题。总结镍基高温合金电弧增材技术在现阶段的应用情况，通过对熔滴过渡进行改善，使熔滴更加平稳过渡来获得高质量的成形件；将双丝焊接应用于增材制造，提高了增材制造的生产效率；通过后热处理的工艺，有效降低镍基高温合金增材件的残余应力并改善微观组织，提高力学性能；利用数值模拟更加精确地分析逐层沉积过程中熔滴过渡和温度场变化，来控制镍基高温合金增材件的凝固过程的晶粒变化和元素偏析。
Additive manufacturing is an important component of manufacturing information
digitization and intelligence
and arc additive technology has significant advantages in nickel-based superalloy forming. In this paper
the advantages and limitations of different additive manufacturing technologies are compared and analyzed from the aspects of technology classification
development history
standards and technical principles. The arc additive manufacturing process of nickel-based superalloy is introduced
and the advantages and problems of arc additive manufacturing are introduced from three aspects: arc additive process
post-heat treatment of additive parts and numerical simulation of additive forming. The application of arc additive technology in nickel-based superalloy at the present stage is summarized. By improving the droplet transition and making the droplet transition more stable
high-quality forming parts can be obtained. The double wire welding was applied to additive manufacturing to improve the production efficiency of additive manufacturing. After heat treatment
the residual stress of nickel-based superalloy can be reduced effectively
and the microstructure and mechanical properties can be improved. Numerical simulation is used to more accurately analyze the droplet transition and temperature field changes during layer-by-layer deposition to control the grain changes and element segregation during the solidification process of nickel-based superalloys.
张立浩 ， 钱波 ， 张朝瑞 ， 等 . 金属增材制造技术发展趋势综述 ［J］. 材料科学与工艺 ， 2022 ， 30 （ 01 ）： 42 - 52 .
ZHANG L H ， QIAN B ， ZHANG Z R ， et al . Summary of development trend of metal additive manufacturing technology ［J］. Materials Science and Technology ， 2022 ， 30 （ 01 ）： 42 - 52 .
马志林 ， 高梦迪 ， 王庆阳 ， 等 . 基于节能的增材制造工艺参数优化方法研究 ［J］. 邵阳学院学报（自然科学版） ， 2021 ， 18 （ 03 ）： 32 - 43 .
MA Z L ， GAO M D ， WANG Q Y ， et al . Research on optimization method of additive manufacturing process parameters based on energy saving ［J］. Journal of Shaoyang University（Natural Science Edition） ， 2021 ， 18 （ 03 ）： 32 - 43 .
Wu B ， Pan Z ， Ding D ， et al . A review of the wire arc additive manufacturing of metals： properties， defects and quality improvement ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2018 ， 35 ： 127 - 139 .
张兆栋 ， 何胜斌 ， 王奇鹏 ， 等 . 电弧增材制造工艺方法、增材焊料及后处理的研究现状 ［J］. 电焊机 ， 2021 ， 51 （ 08 ）： 1 - 10+176 .
ZHANG Z D ， HE S B ， WANG Q P ， et al . Arc additive manufacturing process，additive solder and the research status of post-treatment ［J］. Electric Welding Machine ， 2021 ， 51 （ 08 ）： 1 - 10+176 .
朱勇 ， 滕树满 ， 周茂涛 . Inconel 718镍基高温合金的电弧增材制造研究进展 ［J］. 有色金属加工 ， 2022 ， 51 （ 06 ）： 1 - 9 .
ZHU Y ， TENG S M ， ZHOU M T . Research Progress in Arc Additive Manufacturing of Inconel 718 Nickel-Based Superalloy ［J］. Nonferrous Metals Processing ， 2022 ， 51 （ 06 ）： 1 - 9 .
Attallah M M ， Jennings R ， Wang X ， et al . Additive manufacturing of Ni-based superalloys： The outstanding issues ［J］. MRS Bulletin ， 2016 ， 41 （ 10 ）： 758 - 764 .
卢秉恒 ， 李涤尘 . 增材制造（3D打印）技术发展 ［J］. 机械制造与自动化 ， 2013 ， 42 （ 4 ）： 1 - 4 .
LU B H ， LI D C . Development of the Additive Manufacturing（3D printing）Technology ［J］. Machine Building & Automation ， 2013 ， 42 （ 4 ）： 1 - 4 .
赵锡朋 . 电弧熔丝增材Ni625合金的组织及性能 ［D］. 天津 ： 天津大学 ， 2021 .
ZHAO P X . The microstructure and properties of the Ni625 alloy fabricated by wire arcadditive manufacturing ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2021 .
张国庆 ， 张义文 ， 郑亮 ， 等 . 航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展 ［J］. 金属学报 ， 2019 ， 55 （ 09 ）： 1133 - 1144 .
ZHANG G Q ， ZHANG Y W ， ZHENG L ， et al . Research Progress in Powder Metallurgy Superalloys and Manufacturing Technologies for Aero-Engine Application ［J］. Acta Metallurgica Sinica ， 2017 ， 47 （ 08 ）： 60 - 64 .
曹祎凡 ， 王瑞 ， 孙宝德 ， 等 . 3D打印镍基高温合金研究进展 ［J］. 精密成形工程 ， 2024 ， 16 （ 07 ）： 76 - 95
CAO Y F ， WANG R ， SUN B D ， et al . Research Progress of Nickel-based Superalloys for 3D Printing ［J］. Journal of Netshape Forming Engineering ， 2024 ， 16 （ 07 ）： 76 - 95
WANG Y ， CHEN X . Investigation on the microstructure and corrosion properties of Inconel 625 alloy fabricated by wire arc additive manufacturing ［J］. Materials Research Express ， 2019 ， 6 （ 10 ）： 106568 .
宋晓国 ， 胡继旭 ， 林丹阳 ， 等 . 航天用镍基高温合金粉末床熔融技术研究进展 ［J］. 航天制造技术 ， 2024 （ 03 ）： 1 - 14 .
SONG X G ， HU J X ， LIN D Y ， et al . Research Progress on Laser Powder Bed Fusion of Ni-based High-temperature Alloys for Aerospace ［J］. Aerospace Manufacturing Technology ， 2024 （ 03 ）： 1 - 14
陈娇 ， 罗桦 ， 贺戬 ， 等 . 航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状 ［J］. 精密成形工程 ， 2023 ， 15 （ 01 ）： 156 - 169 .
CHEN J ， LUO H ， HE J ， et al . Research Status of Nickel-based Superalloy for Aerospace Field and Its Laser Additive Manufacturing Technology ［J］. Journal of Netshape Forming Engineering ， 2023 ， 15 （ 01 ）： 156 - 169 .
Tanvir A N M ， Ahsan M R U ， Ji C ， et al . Heat treatment effects on Inconel 625 components fabricated by wire + arc additive manufacturing （WAAM）—part 1： microstructural characterization ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology ， 2019 ， 103 （ 9-12 ）： 3785 - 3798 .
Marchese G ， Parizia S ， Rashidi M ， et al . The role of texturing and microstructure evolution on the tensile behavior of heat-treated Inconel 625 produced via laser powder bed fusion ［J］. Materials Science and Engineering：A ， 2020 ， 769 ： 138500 .
李文清 ， 郭纯 ， 吴随松 ， 等 . 电弧増材制造研究及发展现状 ［J］. 兰州工业学院学报 ， 2023 ， 30 （ 03 ）： 15 - 20 .
LI W Q ， GUO C ， WU S S ， et al . Current Research and Development of Arc Additive Manufacturing ［J］. Journal of Lanzhou Institute of Technology ， 2023 ， 30 （ 03 ）： 15 - 20 .
方学伟 ， 杨健楠 ， 陈瑞凯 ， 等 . 铝合金电弧增材制造技术研究进展 ［J］. 电焊机 ， 2023 ， 53 （ 02 ）： 52 - 67 .
FANG X W ， YANG J N ， CHEN R K ， et al . Research Progress of Wire Arc Additive Manufacturing Technology for Aluminum Alloy ［J］. Electric Welding Machine ， 2023 ， 53 （ 02 ）： 52 - 67 .
杨永强 ， 魏宏鸣 . 激光增材制造设备现状及发展 ［J］. 电焊机 ， 2021 ， 51 （ 01 ）： 17 - 22+119
YANG Y Q ， WEI H M . Present situation and development of laser additive manufacturing equipment ［J］. Electric Welding Machine ， 2021 ， 51 （ 01 ）： 17 - 22+119 .
Calignano F ， Manfredi D ， Ambrosio E P ， et al . Overview on additive manufacturing technologies ［J］. Proceedings of the IEEE ， 2017 ， 105 （ 4 ）： 593 - 612 .
杨广宇 ， 汤慧萍 ， 刘楠 ， 等 . 粉床型电子束增材制造W-Nb合金的缺陷及显微组织 ［J］. 材料导报 ， 2021 ， 35 （ S2 ）： 448 - 451 .
YANG G Y ， TANG H P ， LIU N ， et al . Defect and Microstructure of W-Nb Alloy Fabricated by Selective Electron Beam Melting ［J］. Materials Reports ， 2021 ， 35 （ S2 ）： 448 - 451 .
王庭庭 ， 张元彬 ， 谢岳良 . 丝材电弧增材制造技术研究现状及展望 ［J］. 电焊机 ， 2017 ， 47 （ 08 ）： 60 - 64 .
WANG T T ， ZHANG Y B ， XIE Y L . Status and development prospects of the wire arc additive manufacture technology ［J］. Electric Welding Machine ， 2017 ， 47 （ 08 ）： 60 - 64 .
乔柳平 ， 王玉华 ， 邹楠 ， 等 . MIG增材制造Al6CuMg合金薄壁构件的组织及力学性能研究 ［J］. 金属加工（热加工） ， 2023 （ 10 ）： 6 - 13 .
QIAO L P ， WANG Y H ， ZOU N ， et al . Study on microstructure and mechanical properties of Al6CuMg alloy thin-walled members fabricated by MIG additive manufacturing ［J］. MW Metal Forming ， 2023 （ 10 ）： 6 - 13 .
李岩 ， 苏辰 ， 张冀翔 . 电弧熔丝增材制造综述：物理过程、研究现状、应用情况及发展趋势 ［J］. 焊接 ， 2020 （ 09 ）： 31 - 37+63 .
LI Y ， SU C ， ZHANG Y X . Summary of arc fuse additive manufacturing： physical process， research status， application and development trend ［J］. Welding & Joining ， 2020 （ 09 ）： 31 - 37+63 .
陈国庆 ， 树西 ， 张秉刚 ， 等 . 国内外电子束熔丝沉积增材制造技术发展现状 ［J］. 焊接学报 ， 2018 ， 39 （ 8 ）： 123 - 128+134 .
CHEN G Q ， SHU X ， ZHANG B G ， et al . Current development of additive manufacturing technology for electron beam fuse deposition at home and abroad ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2018 ， 39 （ 8 ）： 123 - 128+134 .
田根 ， 王文宇 ， 常青 ， 等 . 电弧增材制造技术研究现状及展望 ［J］. 材料导报 ， 2021 ， 35 （ 23 ）： 23131 - 23141 .
TIAN G ， WANG W Y ， CHANG Q ， et al . Research Progress and Prospect of Wire and Arc Additive Manufacture ［J］. Materials Reports ， 2021 ， 35 （ 23 ）： 23131 - 23141 .
Mostafaei A ， Ghiaasiaan R ， HO I T ， et al . Additive Manufacturing of Nickel-Based Superallloys：A State-of-the-Art Review on Process-Structure-Defect-Property Relationship ［J］. Progress in Materials Science ， 2023 ， 136 ： 101108 .
袁战伟 ， 常逢春 ， 马瑞 ， 等 . 增材制造镍基高温合金研究进展 ［J］. 材料导报 ， 2022 ， 36 （ 03 ）： 206 - 214 .
YUAN Z W ， CHANG F C ， MA R ， et al . Research Progress of Additive Manufacturing of Nickel-based Superalloys ［J］. Materials Reports ， 2022 ， 36 （ 03 ）： 206 - 214 .
张宁波 ， 温斯涵 ， 张景琪 ， 等 . 镍基高温合金增材制造技术及其在航天领域应用进展 ［J］. 航天制造技术 ， 2024 （ 02 ）： 7 - 15 .
ZHANG N B ， WEN S H ， ZHANG J Q ， et al . Additive Manufacturing Technologies of Nickel-based Superalloys and Their Application in Aerospace ［J］. Aerospace Manufacturing Technology ， 2024 （ 02 ）： 7 - 15 .
Novelino A L B ， Carvalho G C ， Ziberov M . Influence of WAAM-CMT deposition parameters on wall geometry ［J］. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering ， 2022 ， 5 ： 100105
Karmuhilan M ， Kumanan S . Location-dependent microstructure analysis and mechanical behavior of inconel625 using Cold Metal Transfer（CMT） based wire and arc additive manufacturing ［J］. Vacuum ， 2023 ， 207 ： 111682
Kindermann M R ， Roy M ， Morana R ， et al . Process response of Inconel 718 to wire + arc additive manufacturing with cold metal transfer ［J］. Materials Design ， 2020 ， 195 ： 109031 .
蒋凡 ， 杨迪 ， 张国凯 ， 等 . 电弧熔丝增材制造控形技术研究现状与展望 ［J］. 机械制造与自化 ， 2024 ， 53 （ 02 ）： 1 - 10 .
JIANH F ， YANG D ， ZHANG G K ， et al . Current Status and Outlook of Wire Arc Additive Manufacturing Shape-control Technology ［J］. Machine Building & Automation ， 2024 ， 53 （ 02 ）： 1 - 10 .
Rodrigues T A ， Farias F W C ， Zhang K P ， et al . Wire and arc additive manufacturing of 316L stainless steel/Inconel625 functionally graded material： development and characterization ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2022 ， 21 ： 237 - 251 .
Jeong T W ， Cho Y T ， Lee C M ， et al . Effects of ultrasonic treatment on mechanical properties and microstructure of stainless steel 308L and Inconel718 functionally graded materials fabricated via double-wire arc additive manufacturing ［J］. Materials Science Engineering A ， 2024 ， 896 ： 146298 .
Amiri V ， Moosavy N H . Wire arc additive manufacturing of functionally graded carbon steel-stainless steel 316L-Inconel625：Microstructural characterization and mechanical behavior ［J］. Journal of Advanced Joining Processes ， 2024 ， 9 ： 100194 .
LU L Z ， TIAN Y B ， CAI Y C ， et al . Microstructure and mechanical properties of a functionally graded material from TA1 to Inconel 625 fabricated by dual wire+arc additive manufacturing ［J］. Materials Letters ， 2021 ， 298 ： 130010 .
CHEN Y H ， XU M F ， ZHANG T M ， et al . Grain refinement and mechanical properties improvement of Inconel625 alloy fabricated by ultrasonic-assisted wire and arc additive manufacturing ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2022 ， 910 ： 164957 .
WANG Y F ， CHEN X Z ， SHEN Q K ， et al . Effect of magnetic Field on the microstructure and mechanical properties of inconel625 superalloy fabricated by wire arc additive manufacturing ［J］. Journal of Manufacturing Processes ， 2021 ， 64 ： 10 - 19 .
Amit M ， Krishna P V ， Yogesh P ， et al . Post-processing of wire arc additive manufactured Inconel-625 thin structure by electro-discharge machining with TLBO assistance ［J］. Materials Letters ， 2023 ， 348 ： 134672 .
Himanshu S ， Jonny S ， Vikrant S ， et al . Influence of post heat treatment on metallurgical，mechanical，and corrosion analysis of wire arc additive manufactured inconel625 ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2023 ， 27 ： 5910 - 5923 .
XU M F ， CHEN Y H ， ZHANG T M ， et al . Effect of post-heat treatment on microstructure and mechanical properties of nickel-based superalloy fabricated by ultrasonic-assisted wire arc additive manufacturing ［J］. Materials Science Engineering A ， 2023 ， 863 ： 111548 .
Farias F W C ， Duarte V R ， Felice I O ， et al . In situ interlayer hot forging arc plasma directed energy deposition of Inconel625：microstructure evolution during heat treatments ［J］. Journal of Alloys and Compounds ， 2023 ， 952 ： 170059 .
HUAN P C ， WEI X ， WANG X N ， et al . Comparative study on the microstructure， mechanical properties and fracture mechanism of wire arc additive manufactured Inconel 718 alloy under the assistance of alternating magnetic field ［J］. Materials Science Engineering A ， 2022 ， 854 ： 143854 .
郭钊 . Inconel625合金电弧熔覆温度场及组织演变数值分析 ［D］. 西安 ： 西安理工大学 ， 2022 .
GUO Z . Numerical analysis of temperature field and microstructure evolution of Inconel 625 alloy by arc cladding ［D］. Xi'an ： Xi'an University of Technology ， 2022 .
相关文章
相关作者
相关机构
公网安备11010802024621
