【摘 要】
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随着航空发动机的高速发展其使用场景逐渐多元化,面对大型复杂结构件的成形制造,传统加工方法由于其加工效率低、成本昂贵并且整体加工困难,逐渐难以适应新型航空发动机的发展,但是电弧增材制造技术的出现使得大型复杂结构件的加工成形成为可能。电弧增材制造由于能够针对定制化大型复杂结构件快速整体成形,大大降低加工周期,并且增材材料可调制,满足增材成形件多场景使用的需求。但是电弧增材制造技术本质上是由焊接技术演变
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随着航空发动机的高速发展其使用场景逐渐多元化,面对大型复杂结构件的成形制造,传统加工方法由于其加工效率低、成本昂贵并且整体加工困难,逐渐难以适应新型航空发动机的发展,但是电弧增材制造技术的出现使得大型复杂结构件的加工成形成为可能。电弧增材制造由于能够针对定制化大型复杂结构件快速整体成形,大大降低加工周期,并且增材材料可调制,满足增材成形件多场景使用的需求。但是电弧增材制造技术本质上是由焊接技术演变而来,成形件加工精度低、成形件内部存在缺陷等都制约着此项技术的发展。如何提高电弧增材成形件的力学性能以及实现精确控形是电弧增材制造技术急需解决的关键问题,因此本文重点研究GH4169镍基高温合金电弧增材复合成形技术。首先拟借助Simufact Welding焊接专用有限元分析软件,实现GH4169镍基高温合金TIG电弧增材过程温度场、应力场三维孪生动态模拟。通过热源校核与实验对比测试验证仿真模型可靠性,探究熔覆层内部温度场演变规律,分析电弧增材过程中热效应对于成形件内部热积累和温度梯度的影响机制。其次根据实际电弧增材过程,增材成形件件坍塌导致无法稳定起弧等现象,通过需求牵引探究成形件内部应力场演变规律,分析电弧增材成形件内部残余应力形成原因及主要影响因素,探究残余应力分布对于工件变形影响规律。为进一步探究不同工况条件下电弧增材成形特点,通过改变数值模拟相应工艺参数,探究成形路径与道间冷却时间对于热力场的演变规律。针对电弧增材过程中应力集中导致起弧熄弧处坍塌从而无法稳定成形的现象,通过外加水冷装置,并耦合最优路径与道间冷却时间,从而实现焊接成形件精准成形,为成形工艺优化和成形质量控制提供依据。为探究高频微锻冲击强化技术对于电弧增材成形件力学性能与形貌调控影响,首先搭建电弧增材高频微锻冲击强化复合成形系统,分析高频微锻冲击强化成形机理,通过设计五因素四水平正交实验研究冲击强化工艺对于多层堆积熔覆层的晶粒组织生长特征、显微硬度变化、拉伸强度的影响。通过对比未冲击强化试样与冲击强化试样的宏观成形形貌验证高频微锻冲击强化工艺对于成形件控形的有效性。最后针对电弧增材成形件力学性能未达到锻件标准,使用场景受限这一问题,引入固溶时效热处理制度,拟探究不同固溶温度与固溶时间对于增材成形件晶粒尺寸、析出相成分、力学性能的影响,通过实验测试验证了固溶时效后增材成形件晶粒细化、析出相成分均匀并且力学性能达到锻件标准。
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