電弧增材制造在大型金屬構(gòu)件高效制備方面具有顯著潛力，但高品質(zhì)零件的參數(shù)優(yōu)化，尤其是針對(duì)2319這類難焊鋁合金，仍是一大挑戰(zhàn)。

2025年10月16日，西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《Journal of Materials Engineering and Performance》期刊發(fā)表最新研究文章“Process Stability and Formation Mechanism of Aluminum Alloy Thin Wall Fabricated by Wire Arc Additive Manufacturing”，研究了電弧電流對(duì)2319鋁合金薄壁件電弧增材制造（WAAM）的工藝穩(wěn)定性、形成機(jī)理及力學(xué)性能的影響，確定了最優(yōu)電弧電流參數(shù)。本期谷·專欄將對(duì)該研究成果進(jìn)行簡(jiǎn)要分享。

論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11665-025-12427-4

該研究探討了電弧電流（I）對(duì)電弧增材制造2319鋁合金薄壁件工藝穩(wěn)定性及形成機(jī)理的影響。

結(jié)果表明，將電弧電流從140A提高至160A，不僅使沉積薄壁件的有效寬度系數(shù)從70.14%提升至75.45%，還通過(guò)將加工余量從3.44mm減少至2.58mm，使成形精度提高了25%。然而，當(dāng)電弧電流進(jìn)一步增至180A時(shí)，孔隙率從0.51%顯著上升至2.06%。

盡管增大電弧電流可通過(guò)誘導(dǎo)熔滴從球狀向噴射狀轉(zhuǎn)變改善熔滴過(guò)渡，并通過(guò)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變細(xì)化重熔區(qū)顯微組織，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電弧熔化區(qū)晶粒粗化。在160A的優(yōu)化電流下，零件獲得了最佳力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度達(dá)282.18MPa，伸長(zhǎng)率為10.31%，分別較140A時(shí)提升了5.23%和25.58%。

通過(guò)對(duì)熔滴動(dòng)力學(xué)、熱調(diào)控及缺陷抑制的平衡控制，最優(yōu)電弧電流顯著提高了沉積件的成形質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)材料采用直徑1.2mm的ER2319鋁合金焊絲和尺寸為450×150×10mm3的6082鋁合金基板，二者化學(xué)成分明確。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括Fronius Transpuls Synergic 4000弧焊機(jī)、ABB IRB 2600六軸機(jī)器人及Acuteye V4.0高速相機(jī)（拍攝幀率4000幀/秒）。工藝參數(shù)設(shè)置三種電弧電流（140A、160A、180A），對(duì)應(yīng)電弧電壓分別為17.4V、18.3V、19.9V，送絲速度分別為7m/min、8m/min、9m/min，沉積速度均為10mm/s；保護(hù)氣體為高純氬氣，流量20-25L/min，焊絲伸出長(zhǎng)度12mm，焊槍傾角90°。樣品制備經(jīng)電火花線切割、碳化硅砂紙研磨（180-2000目）、2.5μm金剛石懸浮液機(jī)械拋光，采用凱勒試劑（95% H?O+2.5% HNO?+1% HF+1.5% HCl）腐蝕8-10秒；通過(guò)倒置光學(xué)顯微鏡、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、電子背散射衍射（EBSD）、透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)行顯微組織表征；采用維氏硬度計(jì)（200g載荷，保荷15s）測(cè)試顯微硬度，MTS CMT5105萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（室溫25℃，位移控制速率1mm/min）測(cè)試?yán)煨阅?，結(jié)合X射線無(wú)損檢測(cè)分析孔隙率。

（1）研究結(jié)果表明，將電弧電流從140A提高至160A，不僅使沉積薄壁件的有效寬度系數(shù)從70.14%提升至75.45%，還通過(guò)將加工余量從3.44mm減少至2.58mm，使成形精度提高了25%。相反，在180A時(shí)，盡管寬高比進(jìn)一步增大，但孔隙率顯著上升至2.06%，導(dǎo)致薄壁件成形精度下降66%。

（2）增大電弧電流會(huì)改變?nèi)鄣芜^(guò)渡模式。140A時(shí)呈現(xiàn)大熔滴過(guò)渡特征，每?jī)蓚€(gè)脈沖形成一個(gè)熔滴，電弧剛度差，過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)，飛濺粗大；160A時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚溥^(guò)渡，每個(gè)脈沖形成一個(gè)熔滴，提高了電弧能量集中度和剛度，縮短了過(guò)渡時(shí)間，提升了沉積質(zhì)量。

（3）隨著電弧電流增大，熱輸入增加，導(dǎo)致電弧熔化區(qū)（AZ）晶粒尺寸增大，而重熔區(qū)（RZ）晶粒細(xì)化。較高的電流促進(jìn)晶粒細(xì)化、柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，并降低晶粒取向集中度，表明等軸晶形成能力增強(qiáng)。

（4）160A時(shí)，顯微硬度分布更均勻，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率達(dá)到峰值，分別為282.18MPa和10.31%，較140A時(shí)分別提升5.23%和25.58%。180A時(shí)，盡管伸長(zhǎng)率仍保持較高水平，但由于孔隙率增加，抗拉強(qiáng)度略有下降，凸顯了過(guò)大電流對(duì)力學(xué)性能的不利影響。