電弧增材制造在大型金屬構件高效制備方面具有顯著潛力，但高品質零件的參數優(yōu)化，尤其是針對2319這類難焊鋁合金，仍是一大挑戰(zhàn)。

2025年10月16日，西南交通大學材料科學與工程學院的研究團隊在《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2319鋁合金薄壁件電弧增材制造（WAAM）的工藝穩(wěn)定性、形成機理及力學性能的影響，確定了最優(yōu)電弧電流參數。本期谷·專欄將對該研究成果進行簡要分享。

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

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

結果表明，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從70.14%提升至75.45%，還通過將加工余量從3.44mm減少至2.58mm，使成形精度提高了25%。然而，當電弧電流進一步增至180A時，孔隙率從0.51%顯著上升至2.06%。

盡管增大電弧電流可通過誘導熔滴從球狀向噴射狀轉變改善熔滴過渡，并通過柱狀晶向等軸晶轉變細化重熔區(qū)顯微組織，但同時會導致電弧熔化區(qū)晶粒粗化。在160A的優(yōu)化電流下，零件獲得了最佳力學性能，抗拉強度達282.18MPa，伸長率為10.31%，分別較140A時提升了5.23%和25.58%。

通過對熔滴動力學、熱調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量。

實驗材料采用直徑1.2mm的ER2319鋁合金焊絲和尺寸為450×150×10mm3的6082鋁合金基板，二者化學成分明確。實驗設備包括Fronius Transpuls Synergic 4000弧焊機、ABB IRB 2600六軸機器人及Acuteye V4.0高速相機（拍攝幀率4000幀/秒）。工藝參數設置三種電弧電流（140A、160A、180A），對應電弧電壓分別為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；保護氣體為高純氬氣，流量20-25L/min，焊絲伸出長度12mm，焊槍傾角90°。樣品制備經電火花線切割、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；通過倒置光學顯微鏡、場發(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）進行顯微組織表征；采用維氏硬度計（200g載荷，保荷15s）測試顯微硬度，MTS CMT5105萬能試驗機（室溫25℃，位移控制速率1mm/min）測試拉伸性能，結合X射線無損檢測分析孔隙率。

（1）研究結果表明，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從70.14%提升至75.45%，還通過將加工余量從3.44mm減少至2.58mm，使成形精度提高了25%。相反，在180A時，盡管寬高比進一步增大，但孔隙率顯著上升至2.06%，導致薄壁件成形精度下降66%。

（2）增大電弧電流會改變熔滴過渡模式。140A時呈現大熔滴過渡特征，每兩個脈沖形成一個熔滴，電弧剛度差，過渡時間長，飛濺粗大；160A時轉變?yōu)閲娚溥^渡，每個脈沖形成一個熔滴，提高了電弧能量集中度和剛度，縮短了過渡時間，提升了沉積質量。

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

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