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东北石油大学专业学位研究生学位论文

5356铝合金电弧增材制造温度场分析及成型工艺研究

摘要

5356铝合金属于Al-Mg-Si系铝合金，因其具有焊接性能好、机械性能优异、耐腐

蚀性强等优点而广泛应用于铁路运输、船舶制造、电子电器和汽车工业等行业。电弧

增材制造技术（WireArcAdditiveManufacture，WAAM）是利用电弧作为热源，通过电

弧产生的高温将金属粉末逐层熔化，然后在构建平台上凝固成固体层，一层一层地堆

积，最终形成所需的实体零件。与传统制造技术相比，电弧增材制造技术具有材料利

用率高、生产周期短、适用范围广和成本低等优点。近年来，在绿色发展理念的引领

下，铝合金电弧增材制造因其自身独特的优势而得到了快速发展。

通过分析电弧增材制造技术的成型过程、实验设备以及分析测试方法，探讨电弧

增材制造技术的成型机理和实验方案；通过分析数值模拟基本方法和仿真热源模型，

探讨电弧增材制造数值模拟基本理论。

以5356铝合金为焊接材料，进行了不同工艺参数下的铝合金单道单层成型试验，

探讨了不同焊接电流、电弧电压和增材速度对单道单层焊道宏观形貌的影响。采用四

因素三水平的正交试验设计方法，分别以焊道熔宽、余高作为评价指标，对铝合金单

道单层成型工艺参数进行优化，获取铝合金单道单层成型试验的最佳工艺参数。

基于铝合金电弧增材制造数值模拟基本理论，采用有限元方法，以comsol软件为

平台，建立电弧增材制造数值模拟有限元模型，利用生死单元技术并合理设置各种边

界条件，对铝合金电弧增材制造过程进行温度场仿真分析，分析电弧增材制造过程的

温度场在不同工艺参数下的变化规律。

通过对铝合金电弧增材制造薄壁件微观组织和拉伸性能分析，探讨不同焊接电流、

电弧电压和增材速度对铝合金薄壁件组织和性能的影响。采用正交试验，以横向和纵

向抗拉强度为评价指标，对铝合金单道多层成型工艺参数进行优化，获取铝合金单道

多层堆积试验的最佳工艺参数。

关键词：电弧增材制造；5356铝合金；有限元温度场模拟；拉伸性能

II

东北石油大学专业学位研究生学位论文

Studyontemperaturefieldandformingprocessofarcadditive

manufacturingof5356aluminumalloy

ABSTRACT

5356aluminumalloybelongstoAl-Mg-Siseriesaluminumalloy,becauseofitsgood

weldingperformance,excellentmechanicalproperties,strongcorrosionresistanceandother

advantages,andiswidelyusedinrailwaytransportation,shipbuilding,electronicappliances

andautomobileindustry.WireArcAdditiveManufacture（WAAM）istheuseofelectricarc

asaheatsource,throughthehightemperaturegeneratedbythearctomeltthemetalpowder

layerbylayer,andthensolidifyintoasolidlayerontheconstructionplatform,layerbylayer,

andfinallyformthesolidpart.Comparedwithtraditionalmanufact