机器人TIG电弧增材工艺研究(2)
为了满足大型尺寸结构复杂件的增材制造需求，研究学者们将注意力转移到低成本而又高效率的基于堆焊的电弧增材制造。新一代飞行器现在都向低成本、高性能、高利用率、高可靠性方向发展，而且大量的的结构件都需要采用整体制造，制造零件的尺寸要求高，而且外形复杂，因此推动了金属增材制造技术的发展与应用[11]。增材制造技术着手于零件的三维模型，省去模具的制作过程，直接制造零件，可大大降低制造成本，减少研发时间，满足了当代飞行器低成本快速制造的要求，同时也是满足航空航天复杂零件结构高精度高质量制造的关键技术。中国航天工业北京航空制造工程研究所的高能束流加工技术实验室的主要研究方向就是增材制造，以关桥院士为首，多名中青年博士、硕士为主干的研究团队，研究范围包含增材制造装备开发、软件设计、成形工艺、成形性能测试等各大领域，形成了较为完整的专业体系。多年来，该团队先后承担了航空基金、航空支撑项目、国防预研基金等 30 预项，重点开展了激光直接沉积、激光选区熔化、电子束熔丝沉积和电子束选区熔化等高能束流增材制造技术，实现了技术到实际运用的重大突破。1.2 高氮奥氏体不锈钢特性概述高氮奥氏体不锈钢属于高氮不锈钢，简称高氮钢，其室温下的组织为单向奥氏体，主要是使用氮元素置换不锈钢中的镍元素，使其固溶的氮含量超过总量的 0.4%。按照基体组织的不同又可把高氮钢分为高氮铁素体不锈钢或高氮马氏体不锈钢、高氮双相不锈钢，双相钢的基体组织为奥氏体和铁素体。这两类钢中的氮含量都超过总质量的0.08%[12]。高氮钢通过氮进行合金化处理，向比于碳来说，氮的固溶强化效果更明显，且能促使晶粒细化；氮是奥氏体的成形元素，镍元素的存在有利于铁素体、形变马氏体成形，氮替代了镍，有效的降低了合金元素镍的含量，降低了铁素体、形变马氏体的成形能力；氮元素的存在显著地改善了不锈钢抗点蚀性、抗裂纹腐蚀性、抗应力腐蚀性等性能。所以高氮钢不单具有优良的强韧性还具有耐腐蚀和抗蠕变的特性。高氮钢普遍的运用于电力、交通、压力容器和化工设备等方面。迄今为止，高氮钢最有名的应用是发电机转子定位环。国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目——“提高钢铁质量和使用寿命的冶金基础研究”中将高氮钢作为一种资源节约型不锈钢纳入其中。高氮奥氏体不锈钢在生活中主要用于承力的结构钢，难焊接的特性限制了他的发展，所以高氮钢研制与应用的重点在于高氮钢焊接技术的研究。可是因为高氮钢中的氮元素处于过饱和固溶状态，含量超过了其平衡溶解度，所以在普通熔化焊时，高氮钢易出现焊缝氮含量的降低、氮化物的析出、HAZ 晶粒的长大、形成热裂纹，包括焊缝凝固裂纹、HAZ 液化裂纹。由上述可知，高氮钢的焊接接头由于氮含量的缺失，易产生性能薄弱区，所以解决高氮钢焊接问题的方法在于选择合适的焊接工艺和焊接材料，这直接关系到高氮钢的应用前景。