文 献 综 述
- 课题背景及意义
高氮奥氏体不锈钢是近年来才开始着重研发的一种用价格较为低廉的氮元素替代之前广泛使用的较昂贵的镍铬的一种奥氏体不锈钢。高氮钢是指奥氏体基体中含氮量超过0.4%的钢。在20世纪以前，学者们认为钢基体中溶解度低，且不利于钢的性能，故研究方向多偏重于降低氮元素的含量。直到20世纪初，氮元素在钢中的有利作用才被发掘并开始了对高氮钢的研究。高氮钢氮元素作为较价格低廉的元素，取代了高昂价格的镍元素。除价格便宜外，高氮低镍钢整体的力学性能，焊接性能，耐腐蚀性能较为良好，潜力巨大。
增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗称3D打印，相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有。这种增材方式与传统的减材方式相比，不需要过多的工序，浪费更少的原料，减少了更多的制造时间，适用于各种低成本、小批量、个性化的产品生产，对于结构复杂的工件，更是具有得天独厚的优势。近几年来，由于增材技术的发展以及航空航天航海汽车制造等行业的的发展，其零部件逐渐向大型化、一体化、个性化发展，增材制造得到了各国广泛使用。其中电弧增材技术作为增材制造的一种，采用金属丝材作为成型原料，以电弧作为热源，将材料熔化后沿着轨迹进行堆积成型。这种方法具有设备投资少，沉淀效率高，材料利用率高，运行成本低等优点。因此，利用高氮钢作为原材料进行电弧增材制造，将是一条新的发展道路。
对于高氮钢增材仍面临着不少问题，钢基体中氮元素的溶解度低，高氮奥氏体不锈钢焊缝容易出现氮化物析出、裂纹、气孔等问题。因此焊接工艺参数如：焊接电流、焊接速度、送丝速度、保护气的成分比例及通气速率的选择及配合，对增材成型及缺陷有着至关重要的影响。因此对最佳焊接参数的预测，以便达到特定的宽度、高度、最少缺陷要求和如何有效的根据CAM数据进行调控和匹配是我们需要重点攻关的。
本课题旨在采用高氮钢焊丝进行CMT电弧增材制造成形并对高氮钢电弧增材的气孔分布规律进行一系列研究。探究并得出合适的焊接工艺参数（焊接电流、焊接速度、保护气成分及流量等），得到性能良好外观美观的增材成型件，并对增材成型件进行微观组织的观察，力学性能的检测，以及气孔缺陷分布的检测。
- 国内外研究现状
1、国内研究现状
南京理工大学闻鲁章等人【2】利用直径1.2mm高氮钢焊丝，用316L不锈钢做基板材料，层间时间间隔3min，连续堆焊80层，每层高1mm，并用氩气保护（流量为18L/min），进行TIG电弧增材。得出了焊接电流和焊接速度对焊接成型的影响。试验表明，焊接电流的变化对熔滴过渡形式和电弧稳定性有一定程度的影响，进而影响焊接成型。其中张鹏【15】也指出增材制造中，熔滴过渡形式对沉积层尺寸的重要影响作用。焊接速度的变化影响了焊缝宽度和焊缝高度，焊接速度提高，焊缝宽度变小，焊缝高度变小。此外，在焊接速度和送丝速度不变的情况下，提高焊接电流能增大焊缝宽度和高度。张瑞【8】、尹凡【9】、Haibin Geng【13】等人则首先对单道单层试样进行成型规律研究，试图发掘各参数对成型的影响，从而选择较为合适的工艺参数，再进行单道多层成型，开展对尺寸精度控制的分析。
南京理工大学侯瑶【3】采用双机器人协同双面双弧TIG焊接系统对7mm厚高氮奥氏体不锈钢进行了试验研究，调节焊接工艺参数和保护气成分，对焊缝氮含量的变化规律和接头性能组织进行了探究。试验表明，纯氩作为保护气时焊接过程无飞溅稳定进行。当保护气中氮气增加，电弧稳定性变差，飞溅增大，焊缝变宽，缺陷越发严重，气孔变多。其中利用X射线检测对气孔分布进行探查。左为【16】还指出电压过大时会出现大量飞溅，导致焊缝不成型。
南京理工大学颜泽钢【4】采用MIG焊接，用自制1.2mm直径高氮钢焊丝，以高氮奥氏体不锈钢作为母材，氩气与2.5%CO2气体和不同比例的氮气作为保护气进行增材试验。（选用焊接电流220A,电压24V，焊接速度30cm/min，干伸长12mm，气体流量20L/min）试验表明一定含量的氮气加入改变了奥氏体结晶模式，并细化树枝晶，改变了晶粒生长方向。
上海赵晓兵等人【6】在对镍基合金运用钨极氩弧焊时，在焊接过程中采用Photron FASTCAM SA-X2 1000K M4高速摄像机对熔池进行动态变化进行拍摄，可观察到有无熔渣等缺陷产生，并可对焊接过程中逸出的气体进行观察。在焊后，对试样进行RT、UT探伤检测。并人为通过制造气孔及调整焊接工艺参数的方法，研究影响气孔产生及分布的因素。试验表明，在进行焊接时，焊缝中不可避免的产生气孔，但密度较低，且均为单个气孔，通过高速摄像机拍摄可观察到大部分气体以气泡形式逸出了液态金属表面。对镍基焊缝的影响中，焊接电流和保护气流量影响不大，送丝速度和表面油污对气孔产生有较大影响。
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