doi: 10.52899/24141437_2025_01_123
УДК: 621.791.927.5

Влияние стратегии наплавки слоя на формирование, структуру и свойства толстостенных элементов при электродуговом выращивании деталей из алюминиевого сплава ER5356

Насоновский К. С., Воропаев А. А., Волосевич Д. В., Рощин Н. Д., Корсмик Р. С.
Язык статьи: русский
Ссылка для цитирования: Насоновский К.С., Воропаев А.А., Волосевич Д.В., Рощин Н.Д., Корсмик Р.С. Влияние стратегии наплавки слоя на формирование, структуру и свойства толстостенных элементов при электродуговом выращивании деталей из алюминиевого сплава ER5356 // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 1. С. 123–132. DOI: https://doi.org/10.52899/24141437_2025_01_123

Аннотация

Актуальность. В настоящее время алюминиевые сплавы нашли свое применение во многих отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, судостроительная, химическая, машиностроительная и пр. Внедрение технологии электродугового выращивания в производственный цикл изделий из алюминиевых сплавов позволяет значительно снизить временные и материальные издержки. Серьезной проблемой при использовании аддитивных технологий является анизотропия свойств. Как правило, в направлении наплавки слоев (вдоль оси X) свойства на растяжение выше, чем в направлении выращивания (вдоль оси Z). Одним из способов снижения уровня анизотропии является использование альтернативных стратегий выращивания. Данное исследование направлено на установление зависимости свойств материала от стратегии наплавки слоя. Цель — исследование влияния стратегии наплавки слоя на формирование, структуру и свойства толстостенных элементов при электродуговом выращивании из алюминиевого сплава ER5356. Материалы и методы. Для достижения поставленной цели были изготовлены образцы со следующими стратегиями наплавки: линейные колебания перпендикулярно направлению выращивания, линейные колебания под углом 45 градусов относительно направления выращивания, эллиптические колебания вдоль направления выращивания, а также змейка перпендикулярно направлению выращивания. В работе исследовались структура и механические свойства образцов, полученных электродуговым выращиванием с различной стратегией заполнения. Результаты. С точки зрения формирования стратегии с линейными колебаниями под углом 45 градусов относительно направления выращивания (стратегия 2) и эллиптическими колебаниями вдоль направления выращивания (стратегия 3) в местах начала/завершения процесса имели нестабильности. Качество боковой поверхности у образцов 2, 3 и 4 находится на одном уровне, у образца 1 — чешуйчатость более выраженная. Минимальный уровень анизотропии равный 4 % был достигнут при использовании первой стратегии. Для трех остальных стратегии этот показатель находился в диапазоне от 10,2 до 14,2 %. Пористость образцов при всех четырех стратегиях не превышала 1 % по площади сечения. Снижение уровня механических свойств в направлении оси Z связано с наличием хрупких фаз на границах между слоями (стратегии 2 и 3) и несплавлением слоев между собой (стратегия 4). Выводы. Полученные результаты показали, что стабильное формирование обеспечивают только стратегии с линейными колебаниями перпендикулярно направлению выращивания и со змейкой. В двух других наблюдаются нестабильные участки на краях образца. При этом качество боковой поверхности близко на всех четырех образцах. Также стоит отметить, что необходимый уровень механических свойств с малой анизотропией был достигнут только при использовании стратегии с линейными колебаниями перпендикулярно направлению выращивания. Ключевые слова: электродуговое выращивание; стратегия наплавки; алюминиевый сплав ER5356; механические ис- пытания; металлографические исследования.

Список литературы

1. Dursun T., Soutis C. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys // Mater Des. 2014. Vol. 56. P. 862–871. doi: 10.1016/j.matdes.2013.12.002
2. Georgantzi E., Gkantou M., Kamaris G.S. Aluminium alloys as structural material: A review of research // Eng Struct. 2021. Vol. 227. ID 111372. doi: 10.1016/j.engstruct.2020.111372
3. Starke E.A., Staley J.T. Application of modern aluminum alloys to aircraft // Prog Aerosp Sci. 1996. Vol. 32, N 2-3. P. 131–172.
doi: 10.1016/0376-0421(95)00004-6
4. Williams S.W., Martina F., Addison A.C., et al. Wire + Arc Additive Manufacturing // Mater Sci Technol. 2016. Vol. 32, N 7. P. 641–647. doi: 10.1179/1743284715Y.0000000073
5. Mohd Mansor M.S., Raja S., Yusof F., et al. Integrated approach to Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) optimization: Harnessing the synergy of process parameters and deposition strategies // J Mater Res Technol. 2024. Vol. 30. P. 2478–2499. doi: 10.1016/j.jmrt.2024.03.170
6. Ayarkwa K.F., Pintera Z., Eimer E., et al. Effect of the deposition strategy on Al-Cu alloy Wire + Arc Additive Manufacture // Mater Sci Eng Technol. 2021. Vol. 1.
7. Rodrigues T.A., Cipriano Farias F.W., Zhang K., et al. Wire and arc additive manufacturing of 316L stainless steel / Inconel 625 functionally graded material: development and characterization // J Mater Res Technol. 2022. Vol. 21. P. 237–251. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.08.169
8. Wei Y., Liu F., Liu F., et al. Effect of arc oscillation on porosity and mechanical properties of 2319 aluminum alloy fabricated by CMT-wire arc additive manufacturing // J Mater Res Technol. 2023. Vol. 24. P. 3477–3490. doi: 10.1016/j.jmrt.2023.03.203
9. Venturini G., Montevecchi F., Scippa A., Campatelli G. Optimization of WAAM deposition patterns for T-crossing features // Procedia CIRP. 2016. Vol. 55. P. 95–100. doi: 10.1016/j.procir.2016.08.043
10. Aldalur E., Veiga F., Suárez A., et al. High deposition wire arc additive manufacturing of mild steel: Strategies and heat input effect on microstructure and mechanical properties // J Manuf Process. 2020. Vol. 58. P. 615–626. doi: 10.1016/j.jmapro.2020.08.060
11. Chakkravarthy V., Jerome S. Printability of multiwalled SS 316L by wire arc additive manufacturing route with tunable texture // Mater Lett. 2020. Vol. 260. ID 126981. doi: 10.1016/j.matlet.2019.126981
12. Xu X., Ding J., Ganguly S., et al. Preliminary investigation of building strategies of maraging steel bulk material using Wire + Arc Additive Manufacture // J Mater Eng Perform. 2018. Vol. 28. P. 594– 600. doi: 10.1007/s11665-018-3521-5
13. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. A tool-path generation strategy for wire and arc additive manufacturing // Int J Adv Manuf Technol. 2014. Vol. 73. P. 173–183. doi: 10.1007/s00170-014-5808-5
14. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. A multi-bead overlapping model for robotic wire and arc additive manufacturing (WAAM) // Robot Comput- Integr Manuf. 2015. Vol. 31. P. 101–110. doi: 10.1016/j.rcim.2014.08.008