Effect of Deposition Current on Microstructure and Mechanical Properties of Wire-Arc Additive Manufactured 316H/AFA Steel

WANG Dian; WEI Youxiang; FU Yu; AO Sansan; WEN Yuhua

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.06

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Effect of Deposition Current on Microstructure and Mechanical Properties of Wire-Arc Additive Manufactured 316H/AFA Steel
Vol. 56, Issue 3, Pages: 44-53(2026)
Received：15 January 2026，

Revised：2026-02-05，

Published：20 March 2026
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.06
稿件说明：

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王点，韦有翔，付雨，等.沉积电流对电弧增材制造316H/AFA钢微观组织和力学性能的影响［J］.电焊机，2026，56（3）：44-53. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.06.

WANG Dian, WEI Youxiang, FU Yu, et al.Effect of Deposition Current on Microstructure and Mechanical Properties of Wire-Arc Additive Manufactured 316H/AFA Steel[J].Electric Welding Machine, 2026, 56(3): 44-53. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2026.03.06.

摘要

为实现核电用316H不锈钢基板表面含铝奥氏体不锈钢（AFA）层的制备，采用CMT电弧增材制造技术，研究了沉积电流对316H/AFA钢复合构件的成形性能、微观组织和力学性能的影响，通过优化工艺参数获得了良好的单道多层成形效果。设定117 A、133 A、148 A三组沉积电流，固定摆动长度为2.25 mm，通过单道单层试验确定各电流对应的最佳摆动宽度。借助金相显微镜、EBSD、XRD等手段表征构件微观组织与物相，结合单轴拉伸试验测试其力学性能，并验证AFA钢层的高温氧化膜形成能力。结果表明，三组沉积电流对应的最佳摆动宽度分别为11.0 mm、12.5 mm和13.5 mm。随沉积电流升高，AFA沉积层的层宽与层高均增大，且层宽受电流影响更明显。AFA沉积层内主要为沿沉积方向生长的柱状奥氏体晶粒，晶粒长度随沉积高度及电流的增加而增大。CMT电弧增材制造的316H/AFA钢具有优异的力学性能，其断裂伸长率超过40%，316H/AFA界面结合强度优异。AFA钢层在800 ℃空气环境中氧化120 h后，表面可能自发生成致密的Al

氧化膜。本研究为316H不锈钢表面电弧增材制造AFA钢的工艺优化、组织性能调控及工程化应用提供了重要的实验依据。

Abstract

To achieve the preparation of an Aluminum-containing Austenitic Stainless Steel (AFA) layer on the surface of nuclear-grade 316H stainless steel substrates

wire arc additive manufacturing (WAAM) technology was employed. The study investigated the influence of deposition current on the formability

microstructure

and mechanical properties of the 316H/AFA steel composite components

achieving excellent single-pass multi-layer forming results through the optimization of process parameters. Three groups of deposition currents—117 A

133 A

and 148 A—were set

with a fixed weaving length of 2.25 mm. The optimal weaving width corresponding to each current was determined via single-pass single-layer experiments. The microstructure and phase composition of the components were characterized using metallographic microscopy

EBSD

and XRD. Mechanical properties were tested via uniaxial tensile tests

and the ability of the AFA steel layer to form a high-temperature oxide film was verified. The results indicated that the optimal weaving widths corresponding to the three deposition currents were 11.0 mm

12.5 mm

and 13.5 mm

respectively. As the deposition current increased

both the layer width and layer height of the AFA deposit

increased

with the layer width being more significantly affected by the current. The AFA deposit primarily consisted of columnar austenite grains growing along the deposition direction

and the grain length increased with both deposition height and current. The 316H/AFA steel fabricated by WAAM exhibited excellent mechanical properties

with an elongation at break exceeding 40%

and superior interfacial bonding strength at the 316H/AFA interface. After oxidation in an air environment at 800 ℃ for 120 hours

the AFA steel layer could spontaneously form a dense Al

oxide film on its surface. This study provides significant experimental support for the process optimization

microstructure and property control

and engineering application of AFA steel fabricated via arc additive manufacturing on 316H stainless steel surfaces.

关键词

Keywords

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