來源：焊接科學(xué)
電弧增材制造(WAAM)因其高沉積速率而受到廣泛研究。然而涉姆，與其他增材制造技術(shù)相比城侧，WAAM樣品的成形質(zhì)量較差情庐。樣品成形質(zhì)量與后續(xù)機(jī)械加工所需的時(shí)間直接相關(guān)亮钦。因此，通過控制成形質(zhì)量可以進(jìn)一步縮短周期時(shí)間酷麦。此外甚负，更好的成形質(zhì)量可以減少材料浪費(fèi)。因此窝剖，樣品的成形質(zhì)量一直是WAAM關(guān)注的焦點(diǎn)麻掸。
2023年9月13日，南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院占小紅教授赐纱、王磊磊副教授團(tuán)隊(duì)與航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司合作在《The International Journal of Advanced Manufacturing Technology》期刊發(fā)表最新研究成果脊奋，高速相機(jī)拍攝WAAM的液滴轉(zhuǎn)移過程。占小紅教授和王磊磊副教授為共同通訊作者疙描，碩士生竇志威為第一作者诚隙。
該研究從熔滴過渡的角度解釋W(xué)AAM成形過程，并評(píng)估熔滴過渡對(duì)側(cè)表面成形質(zhì)量的影響機(jī)制起胰。使用高速攝影來提取熔池尺寸和熔滴轉(zhuǎn)移頻率久又。該研究還探討了這些因素隨送絲速度和層數(shù)的變化⌒澹基于高速攝影結(jié)果建立二維液滴傳遞模型來研究液滴傳遞過程地消。接下來，構(gòu)建3D樣品模型以獲得沉積樣品的粗糙度。最后脉执，通過擬合平面研究了成形質(zhì)量與熔滴過渡過程之間的關(guān)系该捎。得到送絲速度、熔池長(zhǎng)度/熔滴轉(zhuǎn)移頻率和粗糙度的關(guān)系模型张相。當(dāng)送絲速度為5.5~6.5m/min時(shí)枝扭，側(cè)面粗糙度隨著送絲速度的增加而增大。然而蝗腻，當(dāng)送絲速度為7.0m/min時(shí)孵钱，側(cè)面的粗糙度突然降低。研究人員使用液滴轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)規(guī)則來解釋成形質(zhì)量的這種變化拓币。
圖1. WAAM中液滴傳遞過程的實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比：a, f t=25 ms昏滔；b,g t=43毫秒；c,h t=44毫秒琳宽；d,I t=54毫秒挫肆；e, j t=74 毫秒。
圖2. 不同工藝參數(shù)下的電流/電壓波形：a-b WFS=5.5 m/min泛邮；c-d WFS=5.5 m/min料离；e–f WFS=5.5 m/min；g–h WFS=5.5 m/min
圖3. 不同工藝參數(shù)下的液滴直徑和池長(zhǎng)：a WFS=5.5 m/min盯质；b WFS=6.0m/min袁串；c WFS=6.5 m/min；d WFS=7.0 m/min
關(guān)鍵結(jié)論該研究采用高速相機(jī)觀察2319鋁合金樣品在WAAM中的液滴轉(zhuǎn)移過程呼巷。通過三維掃描儀掃描并重建樣品的表面形貌囱修。計(jì)算側(cè)面的粗糙度。根據(jù)研究結(jié)果王悍，關(guān)于熔滴過渡過程與成形質(zhì)量之間的關(guān)系破镰，可以得出以下結(jié)論：（1）隨著送絲速度的增加，熔池長(zhǎng)度和熔滴轉(zhuǎn)移頻率也相應(yīng)增加压储。熔滴直徑隨著送絲速度的增加而減小鲜漩，且在7.0m/min時(shí)出現(xiàn)明顯的階梯式減小渠脉；（2）使用3D掃描儀獲得WAAM樣品的表面形貌宇整，并提取側(cè)面形貌以計(jì)算側(cè)面的粗糙度瓶佳。在5.5~6.5m/min范圍內(nèi)芋膘，側(cè)面粗糙度隨著送絲速度的增大而增大。但當(dāng)送絲速度達(dá)到7.0m/min時(shí)霸饲，側(cè)面粗糙度突然下降凡矿；（3）隨著送絲速度的增加，熔池長(zhǎng)度和熔滴過渡頻率逐漸增加，熔滴直徑減小紊竹，因此側(cè)池流動(dòng)增強(qiáng)牺道。側(cè)面粗糙度隨著送絲速度的增大而相應(yīng)增大。然而壹会，當(dāng)送絲速度增加到7.0m/min時(shí)颈顽，雖然熔體和熔滴過渡頻率池的長(zhǎng)度進(jìn)一步增加，但由于熔滴直徑突然減小及键，熔池的波動(dòng)減小盖赛。這種波動(dòng)的減少導(dǎo)致側(cè)表面粗糙度的降低和成形質(zhì)量的提高。通訊作者占小紅胸胚，工學(xué)博士甜届，教授、博士生導(dǎo)師垫嚣，國(guó)家重大人才工程計(jì)劃入選者岩模，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)(OSU)訪問學(xué)者，南航激光焊接與再制造技術(shù)研究所負(fù)責(zé)人肖粮。獲省部級(jí)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)孤页、二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，入選國(guó)家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才涩馆、江蘇省“六大人才高峰”高層次人才散庶、省“333人才”、南京航空航天大學(xué)“長(zhǎng)空英才”等人才稱號(hào)凌净。擔(dān)任國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目會(huì)評(píng)專家悲龟、國(guó)家民航局“十四五”規(guī)劃專家組專家等。主要從事激光加工冰寻、焊接與先進(jìn)連接须教、增材制造與再制造等領(lǐng)域的機(jī)理、工藝斩芭、裝備轻腺、建模仿真等相關(guān)研究，致力于飛行器大尺寸復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)組織划乖、缺陷贬养、應(yīng)力、變形精確求解方法與調(diào)控策略阶庆，以及基于多物理場(chǎng)多尺寸定量求解以實(shí)現(xiàn)焊接與再制造結(jié)構(gòu)件缺陷診斷郎博、壽命評(píng)估和結(jié)構(gòu)工藝優(yōu)化的研究。主持了我國(guó)國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919機(jī)身焊接結(jié)構(gòu)铺享、某型飛機(jī)某大型主承力結(jié)構(gòu)抱壶、某型運(yùn)載火箭貯箱、XXX飛行器艙段、XXX飛行器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)等型號(hào)產(chǎn)品的研發(fā)院颜。主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)琅沟、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題兩項(xiàng)、國(guó)防基礎(chǔ)科研重點(diǎn)項(xiàng)目驳墓、科工局XXXX項(xiàng)目区基、軍委裝備發(fā)展部領(lǐng)域基金重點(diǎn)項(xiàng)目、173課題等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目（含國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目）10余項(xiàng)韭张，承擔(dān)了中航工業(yè)京嗽、中國(guó)商飛、航天科技卓奄、航天科工等單位重大型號(hào)研制項(xiàng)目10余項(xiàng)墨叛；參與承擔(dān)國(guó)家863、973等項(xiàng)目多項(xiàng)模蜡。主持了國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919機(jī)身壁板焊接技術(shù)與裝備的研究漠趁，突破了國(guó)內(nèi)首臺(tái)大型雙激光束雙側(cè)同步焊接裝備；實(shí)現(xiàn)了某型飛機(jī)某大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)件的研制忍疾；完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)激光焊接火箭貯箱的研制闯传；突破了長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭、XXX型號(hào)等多個(gè)產(chǎn)品激光焊接工藝設(shè)計(jì)卤妒、焊接應(yīng)力與變形精準(zhǔn)調(diào)控難題甥绿。在Journal of Materials Science & Technology、Journal of Materials Processing Technology则披、Materials Science and Engineering A共缕、Materials & Design、Journal of Manufacturing Processes士复、Journal of Alloys and Compounds图谷、Science and Technology of Welding and Joining、Optics and laser technology等雜志發(fā)表SCI論文200余篇阱洪，獲授權(quán)發(fā)明專利60余項(xiàng)便贵，出版《航空航天高性能鋁合金雙激光束雙側(cè)同步焊接技術(shù)》專著1部。獲江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)弱豹、江蘇省教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)遂辐、航空工業(yè)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國(guó)電子科技集團(tuán)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)履婆、南京市自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)骤扰、南京航空航天大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)等。王磊磊酝遇，男图汪，湖北十堰人，副研究員/碩士生導(dǎo)師驳芙，江蘇省雙創(chuàng)博士讳汇，中國(guó)焊接學(xué)會(huì)機(jī)器人與自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電焊技術(shù)專業(yè)委員會(huì)委員掰闯。2018年6月博士畢業(yè)于華南理工大學(xué)枪第，博士期間曾在美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)1年，在新加坡制造技術(shù)研究院從事博士后研究1年的钞。主要從事激光焊接與再制造等研究兜蠕，承擔(dān)國(guó)家重要飛行器的預(yù)研工作。研究方向：（1）激光焊接與先進(jìn)連接（2）激光再制造工藝與裝備（3）激光加工過程仿真抛寝。團(tuán)隊(duì)介紹“追光者”——南京航空航天大學(xué)激光焊接與精準(zhǔn)再制造課題組“追光者”是南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院占小紅教授為負(fù)責(zé)人的團(tuán)隊(duì)——激光焊接與精準(zhǔn)再制造課題組熊杨。課題組主要研究方向?yàn)榧す夂附优c先進(jìn)連接技術(shù)、激光增材制造工藝盗舰、金屬與復(fù)合材料/陶瓷的連接晶府、材料加工工藝建模與仿真等，長(zhǎng)期從事航空钻趋、航天川陆、軌道交通、工程機(jī)械蛮位、船舶等領(lǐng)域復(fù)雜結(jié)構(gòu)件激光焊接工藝開發(fā)较沪、焊接變形精準(zhǔn)控制、焊接工藝優(yōu)化與仿真研究等失仁。團(tuán)隊(duì)承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃尸曼、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863計(jì)劃萄焦、國(guó)防973項(xiàng)目协包、軍委科技委173課題、軍委裝備發(fā)展部重點(diǎn)項(xiàng)目等科研項(xiàng)目40余項(xiàng)忠牛，航空航天重點(diǎn)型號(hào)研制任務(wù)10余項(xiàng)幔憋。發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇（其中SCI論文160余篇），申請(qǐng)發(fā)明專利100余項(xiàng)克鼠。獲江蘇省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)全乙、江蘇省教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、南京航空航天大型教學(xué)成果一等獎(jiǎng)滚尼、南京市自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文獎(jiǎng)侄伟、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。目前團(tuán)隊(duì)已有教授1人鉴吕，副教授2人撇委，講師1人爵蝠，博士研究生8人、碩士研究生40人汪仰。身處“國(guó)防七子”之一的南京航空航天大學(xué)揩墓，專注于航天航空激光連接與制造事業(yè)，是“追光者”團(tuán)隊(duì)永恒不變的主題典挑。打造軍工品質(zhì)酥宴，培養(yǎng)卓越人才，我們的征途是星辰大海您觉！論文引用Dou, Z., Lyu, F., Wang, L. et al. Relationship between droplet transfer and forming quality in wire arc additive manufacturing of 2319 aluminum alloy. Int J Adv Manuf Technol (2023). https://doi.org/10.1007/s00170-023-11879-z
