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丝材增材制造工艺以金属丝材为填加材料,具有生产成本低、成形精度高等特点,在生产制造大型零件方面具有显著优势。本论文基于等离子电弧增材制造工艺,将其与双填丝技术和热丝焊接技术结合,提出一种新型双热填丝等离子电弧增材制造(Double Hot-Wire and Plasma arc Additive Manufacturing,DHW-PAM)工艺。以高氮钢丝材和308L不锈钢丝材为填加材料,进行了热填丝与冷填丝增材对比试验的研究,并深入探究了堆敷速度和填丝工艺在成形效率、显微组织和力学性能等方面的影响规律。首先进行了DHW-PAM系统的设计与构建。在原有等离子电弧增材制造系统的基础上,采用二套可独立调节的送丝装置送进丝材,并采用二台恒流电源进行丝材加热,从而构成精密灵活可控的双热填丝增材制造装置。在焊接电源电流电压监测系统上重新设计了热丝电流电压监测模块和增材过程层间温度检测模块以及监控和查询软件,完善了过程监控系统。设计的DHW-PAM系统满足双热填丝增材制造的需求,能够对双热填丝增材过程进行实时监测与过程特征判别,实现工艺规范优化。然后进行高氮钢单冷填丝和单热填丝增材对比试验研究,探究高氮钢单热填丝工艺特性。试验将相同堆敷速度成型的单冷填丝和单热填丝试样进行对比,发现单热填丝工艺的成形效率是单冷填丝工艺的2.02倍。力学性能检测发现单热填丝增材试样的抗拉强度略有降低,但仍然达到1086 MPa,是母材抗拉强度的99.6%。结果表明单热填丝工艺不仅能够将高氮钢增材的成形效率提高到2倍以上,还能保持较高的抗拉强度。再以308L不锈钢丝材为填加材料进行不同堆敷速度的单冷填丝和单热填丝工艺对比试验。试验发现,在不改变其它参数的情况下,单热填丝工艺能够有效降低焊丝损失量,并将成形效率提高到2.05倍。显微组织观察表明,单热填丝工艺将显微组织的晶粒尺寸从10.41μm、9.42μm和8.37μm细化到9.98μm、8.71μm和7.62μm。对比发现,单热填丝工艺不但可以提高增材制造的成形效率,并且能细化不锈钢的显微组织晶粒。最后对不锈钢DHW-PAM工艺的特点进行深入探究。试验发现,与双冷填丝工艺相比,双热填丝工艺对堆敷速度更为敏感,工艺范围较小。对比可知,DHW-PAM工艺的成形效率是单冷填丝工艺的3.89倍、双冷填丝工艺的2.10倍。显微组织分析发现,该工艺能够获得更细小的显微组织,且增材试样的抗拉强度和延伸率都略有提高。结果表明,与单冷填丝和双冷填丝增材工艺相比,DHW-PAM工艺可以大幅度提高增材制造的成形效率,同时还能进一步细化晶粒、略微提升增材试样的拉伸性能。