مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

بهبود عملکرد مکانیکی در WAAM مبتنی بر GMAW با پالایش الکترود CuAlNi غنی از آهن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
چکیده
تولید افزودنی قوس سیمی مبتنی بر جوش قوس فلزی گاز (GMAW) یک روش تولید امیدوارکننده است که به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود. در این مطالعه، برای اولین بار، نوع جدیدی از سیم الکترود ترکیبی با ترکیب چند عنصری برای ساخت افزودنی قوسی آلیاژ کامپوزیت آلیاژ Fe-Rich-Al-Cu-Ni طراحی و توسعه داده شده است. فناوری WAAM مبتنی بر GMAW متشکل از 4 رشته و 4 عنصر دارای مزایای راندمان رسوب بالا، خود چرخش قوس جوشکاری و قابلیت صرفه جویی در انرژی است. دیوارهای آلیاژی کامپوزیتی نازک تحت گاز CO2 خالص با استفاده از فناوری WAAM مبتنی بر GMAW ساخته شدند. برای بررسی تاثیر پارامترهای معرفی شده توسط فرآیند جوشکاری قوس فلزی گازی بر اساس ساخت افزودنی قوس سیمی، اجزای تولید شده از نمونه لایه به لایه با پارامترهای مختلف پس از تولید با مورفولوژی میکروسکوپ الکترونی روبشی، مشاهدات ریزساختاری پراش اشعه ایکس مشخص می‌شوند. الکترود ترکیبی توسعه‌یافته (i) فازهای BCC و FCC، (ب) پیوند خوب بین لایه‌ها و (iii) ریزساختار بدون نقص را نشان می‌دهد. بنابراین، برای تعیین پارامترهای موثر بر خواص مورد مطالعه، از جمله مقاومت تسلیم (YS) و ازدیاد طول (E) از یک طرح آزمایشی با استفاده از روش تاگوچی استفاده شد. آلیاژ الکترود ترکیبی توسعه یافته استحکام فشاری بالایی (~ 294 گیگا پاسکال) همراه با مقادیر ازدیاد طول (~ 0.22٪) (هم دارای استحکام و هم شکل پذیری) را نشان می دهد. مشخص شده است که با تغییر حرارت ورودی از طریق سرعت حرکت مشعل، می توان ریزساختار و خواص مکانیکی الکترود ترکیبی را کنترل کرد. بنابراین، بهینه سازی پارامترهای فرآیند GMAW برای تولید محصولات موثر از اهمیت بالایی برخوردار است. نتایج تجربی نشان می‌دهد که ولتاژ و سرعت سیم متغیرهای غالبی هستند که بر مقادیر YS و E در سطح آزمایش تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، سهم هر یک از عوامل به YS و E تعیین شد. که با این روش می توان به طور موثر اصلاح کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 [1] Olakanmi E.O, Cochrane R.F, Dalgarno K.W, A review on selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties, Progress in materials science.2015; 74: 401-477.
[2] DebRoy T, Wei H.L, Zuback J.S, Mukherjee T, Elmer J.W, Milewski J.O, Beese A.M,Wilson-Heid A, De A, Zhang W, Additive manufacturing of metallic components–process, structure and properties, Progress in Materials Science. 2018; 92: 112-224.
[3] Rosli N.A, Alkahari M.R, bin Abdollah M.F, Maidin S, Ramli F.R, Herawan S.G, Review on effect of heat input for wire arc additive manufacturing process, Journal of Materials Research and Technology. 2021; 11: 2127- 2145.
[4] Korkmaz M.E, Waqar S, Garcia-Collado A, Gupta M.K, Krolczyk G.M, A technical overview of metallic parts in hybrid additive manufacturing industry, Journal of Materials Research and Technology.2022; 18: 384- 395.
[5] Senthil T, Babu S.R, Puviyarasan M, Dhinakaran V, Mechanical and microstructural characterization of functionally graded Inconel 825-SS316L fabricated using wire arc additive manufacturing, Journal of Materials Research and Technology. 2021; 15: 661-669.
[6] Chaudhary B, Jain N.K, Murugesan J, Patel V, exploring temperature-controlled friction stir powder additive manufacturing process for multi-layer deposition of aluminum alloys, Journal of Materials Research and Technology. 2022; 20: 260-268.
[7] Nguyen H.D, Pramanik A, Basak A, Dong Y, Prakash C, Debnath S, Shankar S, Jawahir I.S, Dixit S, Buddhi D, A critical review on additive manufacturing of Ti-6Al-4V alloy: microstructure and mechanical properties, Journal of Materials Research and Technology. 2022; 18: 4641- 4661.
[8] Hu Z, Qin X, Li Y, Yuan J, Wu Q, Multi-bead overlapping model with varying cross-section profile for robotic GMAW based additive manufacturing, Journal of Intelligent Manufacturing. 2020; 31: 1133-1147.
[9] Shen B, Lu J, Wang Y, Chen D, Han J, Zhang Y, Zhao Z, Multimodal-based weld reinforcement monitoring system for wire arc additive manufacturing, Journal of Materials Research and Technology.2022; 20: 561-571. 
[10] Dinovitzer M, Chen X, Laliberte J, Huang X, Frei H, Effect of wire and arc additive manufacturing (WAAM) process parameters on bead geometry and microstructure, Additive Manufacturing.2019; 26: 138-146.
 [11] Aldalur E, Suárez A, Veiga F, Thermal expansion behaviour of Invar 36 alloy parts fabricated by wire-arc additive manufacturing, Journal of Materials Research and Technology.2022; 19: 3634-3645.
[12] Henckell P, Gierth M, Ali Y, Reimann J, Bergmann J.P, Reduction of energy input in wire arc additive manufacturing (WAAM) with gas metal arc welding (GMAW), Materials. 2020; 13: 2491.
[13] Antonysamy A, Microstructure, texture and mechanical property evolution during additive manufacturing of Ti6Al4V alloy for aerospace applications, The University of Manchester, United Kingdom. 2012.
[14] Stavinoha J.N, Investigation of plasma arc welding as a method for the additive manufacturing of Ti-6Al- 4V alloy components, Montana Tech of the University of Montana. 2012.
[15] Ermakova A, Mehmanparast A, Ganguly S, A review of present status and challenges of using additive manufacturing technology for offshore wind applications, Procedia Structural Integrity. 2019; 17: 29-36.
[16] Dongqing Y, He C, Zhang G, forming characteristics of thin-wall steel parts by double electrode GMAW based additive manufacturing, Journal of Materials Processing Technology. 2016; 227: 153-160.
[17] Azadi Moghaddam M, Golmezergi R, Kolahan F, Multi-variable measurements and optimization of GMAW parameters for API-X42 steel alloy using a hybrid BPNN–PSO approach, Measurement. 2016; 92: 279-287. 
 [18] Yang L, Keng H, Brian B, Donald G, Francisco M, Mamballykalathil M, Soeren W, Additive manufacturing of metals: the technology, materials, design and production, Springer. 2017.
[19] Zhang Z, Chengshuai S, Xinkun X, Liming Liu, Surface quality and forming characteristics of thin-wall aluminium alloy parts manufactured by laser assisted MIG arc additive manufacturing, International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2018; 1: 89-95.
[20] Zengxi P, Donghong D, Bintao W, Dominic C, Huijun L, John N, Arc welding processes for additive manufacturing: a review, Transactions on intelligent welding manufacturing, Springer .2018: 3-24.
[21] Panchagnula J.S, Suryakumar S, Manufacture of complex thin-walled metallic objects using weld-deposition based additive manufacturing, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2018; 49: 194-203.
[22] Park J.H, Kim S.H, Moon H.S, Kim M.H, Influence of Gravity on Molten Pool Behavior and Analysis of Microstructure on Various Welding Positions in Pulsed Gas Metal Arc Welding, Applied Sciences. 2019; 9: 4626.
[23] Vora J, Parikh N, Chaudhari R, Patel V.K, Paramar H, Pimenov D.Y, Giasin K, Optimization of bead morphology for GMAW-based Wire-arc additive manufacturing of 2.25Cr-1.0 Mo steel using metal-cored wires, Applied Sciences. 2022; 12: 5060.
[24] Köhler M, Jonas H, Klaus D, Effects of thermal cycling on wire and arc additive manufacturing of Al-5356 components, Metals. 2020; 10: 952.