钛合金栅格薄壁结构电弧熔丝增材制造路径规划与应力控制

摘要

电弧熔丝增材制造（wire-arc additive manufacturing,WAAM）以金属丝材为填充材料、电弧为热源，在大型复杂构件制造中具有显著优势，但存在制备周期长，路径规划复杂及残余应力显著等问题。针对电弧熔丝增材制造制备复杂结构件时，不合理制备路径导致的残余应力集中与应变缺陷，使用有限元仿真软件优化沉积路径，并基于优化路径制备成形质量良好的栅格构件单元体。结果表明：未优化路径冷却后，薄壁处等效残余应力为361 MPa，节点处高达666 MPa；而优化路径冷却后薄壁处等效残余应力将至206 MPa，两节点处分别为260、427 MPa。相较于未优化路径，优化路径节点残余应力最大降幅61%，薄壁应力降幅43%，且节点与薄壁的应力差异显著降小，残余应力诱发的形变与缺陷明显降低。采用优化路径制备的栅格构件单元体熔道结合紧密、成形质量良好，无明显残余应力变形，验证了此优化路径在电弧熔丝增材制造栅格构件残余应力控制中的可行性。

关键词

电弧熔丝增材制造 / 钛合金构件 / 有限元分析 / 路径规划