引言

鈦合金具有比強(qiáng)度高、密度低、耐腐蝕、耐熱性能好以及生物相容性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、新能源及生物醫(yī)療領(lǐng)域[1-2]。但是，鈦合金具有鍛造溫度區(qū)間窄、變形抗力大、高溫組織性能對(duì)生產(chǎn)環(huán)境敏感等工藝特征，使用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)加工鈦合金構(gòu)件時(shí)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、材料利用率低、加工成本高[3-4]。近年來(lái)，增材制造技術(shù)的發(fā)展為鈦合金構(gòu)件的生產(chǎn)制造提供了全新的思路[5]，該技術(shù)無(wú)需配套零件模具，通過(guò)逐層堆垛的方式制造實(shí)體零件[6]，可以有效減少工序，降低生產(chǎn)成本，具有廣闊發(fā)展前景[7-9]。相比于傳統(tǒng)的加工方式，增材制造在成型原理、原料形態(tài)以及制件性能等方面發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，被認(rèn)為是制造業(yè)的一次革命性突破。金屬材料的增材制造根據(jù)熱源的選取不同可以分為電弧增材制造（Wire Arc Additive Manufacture, WAAM）、激光增材制造（Laser Additive Manufacturing, LAM）以及電子束增材制造（Electron Beam Additive Manufacture, EBAM）等技術(shù)[10]。其中電弧增材制造技術(shù)以電弧作為熱源，采用逐層堆焊的方式制造實(shí)體零件，因其加工成本低，沉積效率高等優(yōu)點(diǎn)[11]被廣泛地應(yīng)用于鈦、鋁等金屬材料的增材制造。WAAM 方法及概念的提出可以追溯到 1925 年，Baker[12]使用簡(jiǎn)單的電弧焊接沉積出了金屬的花托和裝飾性收納籃。在鈦合金電弧增材制造中，由于逐層堆垛過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷多次熱循環(huán)，凝固過(guò)程金屬過(guò)冷度高、溫度變化大，高溫 β 相會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài)的 α 相，包括馬氏體 α'、馬氏體 α''、針狀 α、晶界 α 和網(wǎng)籃狀組織等。這些不均勻的微觀組織及脆性相容易形成裂紋，影響整個(gè)構(gòu)件的力學(xué)性能[13,14]。為改善電弧增材制造鈦合金的微觀組織及提高其力學(xué)性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)優(yōu)化加工工藝與冶金等方式對(duì)鈦合金增材組織進(jìn)行調(diào)控。Malinov 等[15]發(fā)現(xiàn)通過(guò)不同的熱處理，鈦合金中 α、α'、α''和 β 相的比例會(huì)有所不同；何智等[16]研究了超聲沖擊對(duì)電弧增材制造鈦合金零件組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)超聲沖擊能夠使晶粒破碎為細(xì)小的等軸晶，并且隨著沖擊次數(shù)的增多，試樣的抗拉強(qiáng)度有所提高；Mereddy 等[17]通過(guò)在電弧增材制造鈦合金時(shí)添加硅元素發(fā)現(xiàn)，隨著硅添加量的增多，晶粒尺寸逐漸減小。

當(dāng)前，鈦合金的電弧增材制造方法及微觀組織調(diào)控已經(jīng)逐漸成為研究熱點(diǎn)，學(xué)者們圍繞著新型方法、增材制造后處理以及增材過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)控等方面進(jìn)行了大量研究。然而系統(tǒng)性的綜述報(bào)道還很少，缺少對(duì)當(dāng)前研究工作的總結(jié)與展望。本文針對(duì)鈦合金電弧增材制造工藝方法及微觀組織調(diào)控，首先介紹了不同的 WAAM 系統(tǒng)，并對(duì)不同鈦合金電弧增材制造方法進(jìn)行了介紹與對(duì)比分析，提出了鈦合金電弧增材制造所面臨的主要問(wèn)題和難點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)綜述了當(dāng)前用于調(diào)控材料組織及性能的幾種輔助工藝，最后對(duì)鈦合金電弧增材制造的未來(lái)發(fā)展做了展望。將為鈦合金電弧增材制造技術(shù)提供基礎(chǔ)研究思路，為高效高質(zhì)量鈦合金增材制造件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供技術(shù)參考，對(duì)推動(dòng)該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要意義。

1、 鈦合金電弧-絲材增材制造工藝方法

WAAM 系統(tǒng)由熱源、自動(dòng)送絲系統(tǒng)、數(shù)控工作臺(tái)或機(jī)器人系統(tǒng)組成。當(dāng)前 WAAW 主要基于傳統(tǒng)焊接電弧進(jìn)行優(yōu)化改造，按照熱源及送絲方式的不同，WAAM 主要分為三種工藝方法：以鎢極氣體保護(hù)焊（Gas Tungsten Arc Welding, GTAW）為熱源的旁軸送絲增材制造技術(shù)、以等離子弧焊（Plasma Arc Welding, PAW）為熱源的旁軸送絲增材制造技術(shù)和以熔化極氣體保護(hù)焊（Gas Metal Arc Welding, GMAW）為熱源的同軸送絲增材制造技術(shù)，其特性如表 1 所示。

1.1 基于 GTAW 的 WAAM 工藝

基于 GTAW 的電弧增材制造技術(shù)利用鎢電極和基板之間產(chǎn)生的電弧來(lái)熔化焊絲，按照設(shè)定的路徑逐層沉積實(shí)體零件，如圖 1 所示[19]。在沉積過(guò)程中，送絲方向影響材料傳輸和沉積質(zhì)量?？刹捎煤笏徒z、側(cè)送絲、前送絲等不同方式，鈦及鈦合金的增材制造通常采用前送料。隨著電弧長(zhǎng)度的增加，屏蔽噴嘴與工件之間的距離也相應(yīng)增加。Baufeld 等[20-22]在 GTAW熱源制備的電弧增材制造 TC4 鈦合金中，發(fā)現(xiàn)其組織為粗大的外延生長(zhǎng) β 柱狀晶，并且當(dāng)焊接方向發(fā)生改變后 β 柱狀晶的指向也隨之發(fā)生改變，如圖 2 所示。堆垛件的頂部和底部的組織也有所不同，頂部冷卻速度較快，組織為較為細(xì)小的 α 集束，底部在多次的熱循環(huán)作用下，組織為粗大的網(wǎng)狀 α 結(jié)構(gòu)。Wang 等[23,24]也發(fā)現(xiàn)了相似的 β 柱狀晶組織，并且還研究了送絲速度對(duì)焊后組織轉(zhuǎn)變的影響。當(dāng)送絲速度增加到一定程度時(shí)，柱狀 β 晶粒最終將轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶。Wang 和 Baufeld 等對(duì)電弧增材制造的鈦合金的力學(xué)性能也有所研究，發(fā)現(xiàn)鈦合金構(gòu)件在沉積方向及焊接方向上的力學(xué)性能存在各向異性。原因是初生的β 相貫穿整個(gè)試樣外延生長(zhǎng)，從而造成各方向上組織與性能均存在差異。鈦合金增材制造件顯微組織的不均勻性與其力學(xué)性能的各向異性有所關(guān)聯(lián)，所以可以通過(guò)優(yōu)化成型工藝參數(shù)來(lái)獲得組織均勻的鈦合金構(gòu)件，弱化各向異性，提升綜合力學(xué)性能。

1.2 基于 PAW 的 WAAM 工藝

PAW 增材制造技術(shù)使用等離子弧作為熱源進(jìn)行增材制造，等離子弧具有高電離度、高能量密度、高流速等特點(diǎn)，通過(guò)熱壓縮和機(jī)械壓縮等作用，等離子焊接中的電弧能量密度可以達(dá)到 GTAW 的 3 倍，且具有電弧穩(wěn)定、沉積速度快、成型質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，如圖 3 所示是一種基于 PAW 的 WAAM 系統(tǒng)[25]。Martina 等[26]利用 PAW 增材制造方法制備了 TC4 鈦合金構(gòu)件，并研究了不同工藝參數(shù)對(duì)鈦合金成型特征及組織特征的影響。通過(guò)改善工藝獲得了粗大 β 柱狀晶粒，并建立工藝參數(shù)與堆垛件總壁寬、有效壁寬和層高之間的回歸模型。Lin 等[27]研究了等離子弧增材制造 TC4 鈦合金的組織演化與力學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)，隨沉積層數(shù)的增加，通過(guò)逐漸減少電流以降低熱輸入，能夠減小 β 晶粒尺寸，然而 α 相在 β 晶粒內(nèi)分布不均勻，存在針狀馬氏體和魏氏體的混合組織，并且 α 片層的寬度與沉積高度有一定聯(lián)系。

1.3 基于 GMAW 的 WAAM 工藝

GMAW 電弧增材制造技術(shù)是一種以熔化極氣體保護(hù)焊為熱源，將絲材均勻送入熔池熔化并快速凝固成型的增材制造方法。20 世紀(jì) 90 年代，Spencer 等[28]提出了采用 GMAW 技術(shù)進(jìn)行增材制造的方法來(lái)快速成型金屬模具。但使用此方法較大的熱輸入會(huì)導(dǎo)致材料存在較大的殘余應(yīng)力，且焊接過(guò)程中飛濺、煙塵較大。目前 GMAW 常采用冷金屬過(guò)渡（Cold Metal Transfer,CMT）方法，這是一種由 Fronius 公司開(kāi)發(fā)的脈沖短路焊接技術(shù)，CMT 通過(guò)耦合焊接參數(shù)和焊絲移動(dòng)確保受控熔滴轉(zhuǎn)移，采用此種工藝，能在較低的熱輸入下實(shí)現(xiàn)熔滴接觸過(guò)渡，減少飛濺。Gou 等[29]通過(guò)研究 CMT 電弧增材制造制備 TC4 構(gòu)件過(guò)程中熱輸入對(duì)增材構(gòu)件組織與性能的影響情況，發(fā)現(xiàn)一部分 α′馬氏體組織由于逐層沉積的熱循環(huán)過(guò)程而轉(zhuǎn)變?yōu)?α+β 層狀的混合物，且 α 晶粒中出現(xiàn)了大量的位錯(cuò)。張飛奇等[30]以 TC4 鈦合金絲材為原料，采用 CMT 電弧增材制造，得到堆積層底部為柱狀晶、頂部為等軸晶的組織結(jié)構(gòu)，在堆積區(qū)與熔合區(qū)均沒(méi)有馬氏體相的出現(xiàn)。值得注意的是，在使用 GMAW 進(jìn)行鈦合金的增材制造時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電弧漂移，并且獲得的表面也很粗糙，所以對(duì)于鈦合金的電弧增材制造，還是以 GTAW 和 PAW 兩種工藝方法為主。

綜上所述，對(duì)于鈦合金電弧-絲材增材制造技術(shù)，GTAW、PAW 和 GMAW 三種工藝方法各有特點(diǎn)：GTAW 工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低；PAW 電弧能量密度高，可以獲得變形較小且成型良好的構(gòu)件；在 GMAW 中，焊槍和焊絲同軸，簡(jiǎn)化了路徑生成過(guò)程，其沉積速率是 GTAW 和 PAW 方法的 2~3 倍，但穩(wěn)定性較差。CMT 電弧增材制造方法能夠精確控制熱輸入且實(shí)現(xiàn)較高的堆積效率，將成為未來(lái)制備鈦合金復(fù)雜大型構(gòu)件一種有效的方法。WAAM 工藝還要與材料特性相匹配，零件的精度要求及結(jié)構(gòu)復(fù)雜情況將決定 WAAM 工藝的選擇。對(duì)于鈦合金來(lái)講，GMAW 會(huì)導(dǎo)致電弧漂移，影響構(gòu)件的成型質(zhì)量，GTAW和 PAW 更適用于鈦合金，但由于其采用外部送絲的方式，增材構(gòu)件的成型質(zhì)量主要取決于堆垛過(guò)程中的送絲與電弧的穩(wěn)定性[32]，通過(guò)對(duì)送絲的控制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的搭橋熔滴過(guò)渡方式[33]， 會(huì)獲得成型良好的優(yōu)質(zhì)零件。

2 、電弧增材制造鈦合金微觀組織調(diào)控

如前所述，WAAM 具有成本低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。然而，WAAM 制造過(guò)程中涉及到電弧熱源下的液態(tài)金屬的非平衡凝固[34]，前一道金屬在逐層堆垛過(guò)程中，經(jīng)歷多次熱循環(huán)，這種獨(dú)特的熱特性將影響增材構(gòu)件的微觀組織、機(jī)械性能和殘余應(yīng)力分布[35]，這些問(wèn)題嚴(yán)重限制了鈦合金增材制造構(gòu)件的使用壽命和應(yīng)用范圍。因此，需要對(duì)增材制造的鈦合金進(jìn)行組織調(diào)控以提升其性能，當(dāng)前主要有兩種調(diào)控方式：一種是在增材制造完成后對(duì)增材件進(jìn)行后處理；另一種是在增材過(guò)程中的實(shí)時(shí)調(diào)控。

2.1 鈦合金增材件的后熱處理

大多數(shù) WAAM 制造的鈦合金增材件在垂直（構(gòu)建）方向上的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率均低于沉積方向，這是由于柱狀 β 晶粒通過(guò)為沉積方向上的張力提供顯著的損傷累積路徑，來(lái)控制斷裂行為[36]。當(dāng)沉積層中存在某些脆性相，如魏氏體相或針狀 α 相時(shí)，延展性較弱。較大的柱狀 β 晶有助于良好的延展性，但可能導(dǎo)致強(qiáng)度降低[37]。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚕梢杂行У乜刂坪驼{(diào)整金屬合金所需的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，降低焊后殘余應(yīng)力，提高材料合金組織、性能的均勻性，提高構(gòu)件的塑性與疲勞壽命[38]。Wauthle 等[39]發(fā)現(xiàn)對(duì) TC4 成型件進(jìn)行去應(yīng)力熱處理可有效促進(jìn) α'馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀?α 片晶。Gou 等研究發(fā)現(xiàn) 900℃和 1200℃熱處理后，馬氏體 α'相全部轉(zhuǎn)變?yōu)?α+β 相，且顯著提升組織的硬度和延伸率。Brandl 等[40]采用高溫固溶+淬火+退火熱處理鈦合金堆垛件，發(fā)現(xiàn) TC4 堆垛件組織中柱狀 β 晶大量轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙睿@著減少了材料的各向異性。多階段后熱處理工藝將生產(chǎn)出強(qiáng)度和延展性符合要求的產(chǎn)品，但其缺點(diǎn)是不經(jīng)濟(jì)且耗時(shí)，因此，通常采用單階段后熱處理來(lái)提高塑性、增強(qiáng)強(qiáng)度、消除脆性相和細(xì)化晶粒（主要針對(duì)柱狀晶）。

2.2 層間冷卻

圖 5 為層間冷卻的 WAAM 系統(tǒng)的示意圖。可移動(dòng)氣體噴嘴具有提供氬氣、氮?dú)饣?CO2氣體的功能，用于在每個(gè)沉積層上提供主動(dòng)的強(qiáng)制冷卻，該工藝可以控制鈦合金層間熱循環(huán)溫度在一定范圍內(nèi)，以獲得所需的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，有助于提高鈦合金的硬度和機(jī)械強(qiáng)度[41]。Ding 等[42]研究表明，當(dāng)使用壓縮氣體進(jìn)行層間強(qiáng)制冷卻來(lái)制造 TC4 薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)層間冷卻減少了表面氧化，細(xì)化了顯微組織，提高了硬度和強(qiáng)度。此外，由于沉積層之間的停留時(shí)間縮短，制造效率顯著提高。

2.3 噴丸和超聲波沖擊處理

噴丸和超聲波沖擊處理已廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品中，這兩種技術(shù)都是使用高能介質(zhì)沖擊材料表面，通過(guò)在材料表面施加壓縮應(yīng)力，使零件中產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，從而細(xì)化表層晶粒，使取向隨機(jī)化，進(jìn)而提高零件的機(jī)械強(qiáng)度[43]。經(jīng)過(guò)超聲波沖擊處理后，WAAM 制備的 TC4 零件的表面殘余應(yīng)力可降低至 58%，顯微硬度可提高 28%。此外，表面改性層經(jīng)過(guò)塑性變形，晶粒顯著細(xì)化，位錯(cuò)密集。Yang 等[44]將 GTAW 焊槍與超聲波沖擊處理頭相連來(lái)制造 TC4 構(gòu)件，沉積過(guò)程結(jié)束后，立即在沉積件表面施加兩次超聲波沖擊。原有 β 晶粒的宏觀結(jié)構(gòu)由粗化的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶和短柱狀晶的交替分布。Gou 等[45]采用 GMAW 進(jìn)行 TC4 鈦合金增材制造時(shí)添加超聲波噴丸處理，在每個(gè)電弧熄滅后從部件的三個(gè)方向進(jìn)行超聲波噴丸，沉積的 TC4 部件中柱狀 β 晶和次生 α 晶粒顯著細(xì)化。超聲波沖擊處理技術(shù)受到穿透深度的限制，穿透深度約為表面下 60μm。因此，盡管這兩種技術(shù)都是良好的后機(jī)械處理，但它們只能改善表面層的材料性能，且作用范圍有限。

2.4 添加元素冶金原位調(diào)控

熱處理及機(jī)械處理方法雖然在優(yōu)化微觀組織、提高力學(xué)性能以及緩解殘余應(yīng)力等方面起著關(guān)鍵作用，但過(guò)程較為繁瑣，提高了制造成本與制造周期。近年來(lái)，除了在工藝方法上調(diào)整外，添加元素冶金調(diào)控方法成為前沿的增材制造調(diào)控方法。在增材制造過(guò)程中引入元素，其一可以通過(guò)改變?nèi)鄹膊牧匣蛘呤褂盟头燮魉腿胍欢糠勰﹣?lái)添加，其二可以通過(guò)改變保護(hù)氣成分的方式引入元素。Bermingham 等[46]在 TC4 鈦合金焊絲表面涂抹了兩種不同配比的 B 元素熔覆層，發(fā)現(xiàn) B 元素可以有效消除鈦合金 α 晶界和團(tuán)束組織，細(xì)小 α 等軸晶也會(huì)有所增加，降低各向異性，原始柱狀 β 晶粒也變得更加狹小，微量元素 B的添加使其壓縮塑性提升約 40%。此外，添加微量的 Nb、Si、La₂O₃等也可顯著細(xì)化晶粒[47-49]。第二種改變保護(hù)氣成分的方法，可以利用保護(hù)氣氛與熔池發(fā)生冶金作用，實(shí)現(xiàn)組織的原位強(qiáng)化。黃健康等采用 GTAW 或 PAW 作為熱源，在氬氣保護(hù)氣體中混入一定比例的氮?dú)鈦?lái)原位生成 TiN 增強(qiáng)相[50,51]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在氮?dú)獗壤^低時(shí)組織中形成了 TiN 樹(shù)枝晶，當(dāng)不斷增加氮?dú)獗壤髽?shù)枝狀的 TiN 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀。氮原子作用的示意如圖 6 所示，氮?dú)夥肿釉诟邷叵码婋x成原子態(tài)，在熔池表面吸附并擴(kuò)散至內(nèi)部，最后與 Ti 原子結(jié)合生成 TiN 相。對(duì)堆垛的鈦合金材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)氮?dú)饬髁康脑黾幽? 夠顯著提升材料的抗壓強(qiáng)度。此外，還研究了在保護(hù)氣中混入 CO₂氣體時(shí)的作用，發(fā)現(xiàn)在組織中生成了大量的 TiOx 和 TiC相，且其含量隨著 CO2通入量增加而增加。因?yàn)?TiOx 相和 TiC 相的存在，材料的顯微硬度和耐蝕性也有所增加[52]。

3、 展望

近年來(lái)，市場(chǎng)對(duì)鈦合金增材制造產(chǎn)品的需求及質(zhì)量要求越來(lái)越高，迫切需要提高鈦合金增材制造水準(zhǔn)。鈦合金在逐層堆垛過(guò)程中，經(jīng)歷多次熱循環(huán)，整個(gè)過(guò)程是一個(gè)非平衡熱過(guò)程，并且在增材制造過(guò)程中，材料往往存在復(fù)雜的物理化學(xué)冶金變化，以上過(guò)程影響因素眾多，涉及材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程、后處理等諸多因素，但當(dāng)前主要的研究工作仍主要集中在材料組織分析、性能規(guī)律描述階段，并未對(duì)冶金機(jī)理及理論進(jìn)行深入研究，這也使得增材制造過(guò)程的材料—工藝—組織—性能關(guān)系往往難以準(zhǔn)確把握，難以實(shí)現(xiàn)有效控制。因此，未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步研究 WAAM 工藝中潛在的物理化學(xué)冶金機(jī)理，從而為工藝優(yōu)化以及組織控制提供指導(dǎo)。

另一方面，如何對(duì)增材制造工藝中的殘余應(yīng)力-變形分布、成型精度和微觀組織演變進(jìn)行物理建模分析及預(yù)測(cè)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù)可以大大縮短試驗(yàn)周期，有效驗(yàn)證試驗(yàn)中的相關(guān)基本理論，當(dāng)前對(duì)于微觀組織演化的數(shù)值分析及相關(guān)的熱力學(xué)-動(dòng)力學(xué)計(jì)算的研究較少，已有的數(shù)值模型研究主要集中于移動(dòng)熱源對(duì)熔池特征、溫度分布及柱狀晶組織的影響規(guī)律，但是隨著數(shù)值分析手段的不斷完善和豐富，數(shù)值模擬將在電弧增材制造領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。此外，人工智能也將在 WAAW 加工過(guò)程得到更多的應(yīng)用。例如：基于深度學(xué)習(xí)的模式識(shí)別技術(shù)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)熔池分類、表面缺陷檢測(cè)等信號(hào)分析；強(qiáng)化學(xué)習(xí)可用于實(shí)現(xiàn) WAAM 的機(jī)器人路徑自主規(guī)劃、參數(shù)優(yōu)化和過(guò)程控制；大數(shù)據(jù)的概念將有助于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和處理，從而改進(jìn) WAAM 的 CAD 設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制。

4、 結(jié)論

鈦合金電弧增材制造技術(shù)作為先進(jìn)的鈦合金加工制備技術(shù)，具有較大發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外鈦合金增材制造過(guò)程中的工藝方法及微觀組織調(diào)控的總結(jié)與對(duì)比分析可獲得如下主要結(jié)論：

(1) 對(duì)于鈦合金電弧-絲材增材制造技術(shù)，按照熱源分類主要有 GTAW、PAW 和 GMAW 三種工藝方法。對(duì)于鈦合金來(lái)講，GMAW 會(huì)導(dǎo)致電弧漂移，并且獲得的表面也很粗糙。當(dāng)前對(duì)于鈦合金的電弧增材制造，還是以 GTAW 和 PAW 兩種工藝方法為主。

(2) 鈦合金的電弧增材制造，其組織具有一定的不均勻性以及力學(xué)性能的各向異性?？梢愿鶕?jù)需要，選擇在增材制造過(guò)程中或增材制造后借助輔助工藝來(lái)優(yōu)化鈦合金組織及性能。在增材制造后處理中，通過(guò)熱處理來(lái)消除脆性相、細(xì)化晶粒、降低各向異性；另外可以在增材制造過(guò)程中進(jìn)行組織優(yōu)化，如使用層間冷卻、噴丸和超聲波沖擊、添加合金元素等方式來(lái)改善鈦合金組織，其中，添加合金元素通過(guò)冶金調(diào)控的方式可以原位生成增強(qiáng)相，因其可以實(shí)時(shí)調(diào)控材料的成分及組織，將成為未來(lái)鈦合金增材制造的研究熱點(diǎn)。

(3) 對(duì)于電弧增材制造鈦合金微觀組織的調(diào)控，已有一定研究成果，但大多還處于試驗(yàn)研究階段，對(duì)于深層次的成型機(jī)理的研究還有所欠缺。所以在未來(lái)，應(yīng)進(jìn)一步研究 WAAM 工藝中存在的物理化學(xué)冶金機(jī)理，并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)微觀組織的演化進(jìn)行預(yù)測(cè)，以及借助人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)電弧增材過(guò)程的智能化，這將有助于推動(dòng) WAAM 在研究和工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

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黃健康，男，1981 年生，教授，2005 年本科畢業(yè)于湘潭大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，2007 年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)獲碩士學(xué)位，2010 年畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)獲博士學(xué)位。主要從事電弧增材制造、異種金屬連接、焊接物理與焊接過(guò)程檢測(cè)與控制等方面的研究，發(fā)表論文 200 多篇。

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