文献综述
摘要：由于铝合金的应用领域较为广泛且在航空工业中占有十分重要的地位，其增材制造技术成为了研究热点。弧填丝增材制造（wire arc additive manufacturing,WAAM）技术具有成形尺寸大、设备简单、制造成本低等特点，将WAAM用于铝合金构件的制造可节省材料、降低成本。超声振动在金属凝固过程中的显著作用以及它的无污染特性，并随着非接触式电磁超声波的诞生和发展，超声辅助技术仍将继续成为增材制造领域的研究热点。本课题利用超声振动辅助增材2219铝合金，分析不同增材工艺参数对2219铝合金成形影响规律，并对2219铝合金沉积态(增材制造后的状态)组织与性能进行分析，最终获得成形及性能良好的铝合金CMT电弧增材工艺。
关键词：铝合金增材制造技术；2219铝合金；超声辅助成型技术；
1.1 铝合金增材制造技术背景及意义：
铝合金具有密度低，比强度、比刚度高，塑性好，优良的导电性、导热性和抗腐蚀性等特点，是实现结构轻量化的首选材料，在航空航天、交通运输、船舶舰艇等 领域具有广泛的应用前景和研究价值。近年来，铝 及铝合金的材料开发主要集中在两个方向：（1）开发高强度、高韧性铝合金新材料，用来满足航空航天、交通运输和军事设施等特殊领域的需求；（2）发展具有不同性能和功能的民用铝合金，用来满足不同条件和用途的新材料。铝合金的广泛应用促进了铝合金制造技术的发展，传统铝合金加工工艺主要采用熔炼、铸造和锻造等手段，但是随着产品技术水平的不断提高和研制周期的不断缩短，对制造复杂精密结构的铝合金构件也提出了新的要求，不仅要求制造技术高效、快速，而且还要具有随装备设计变化而变化的快速响应能力，以及对复杂精密构件生产制造的灵活适应性。然而，传统的制造技术难以满足上述要求，开发新的铝合金制造技术成为当今研究的热点之一[1]。
电弧增材制造技术具有成形尺寸大、设备简单、制造成本低等特点[2,3]。电弧增材制造技术的本质是将气体保护焊的方法优化后应用到增材制造领域。该技术将金属焊丝作为增材制造材料，并以电弧作为焊接电源，增材时电弧熔化焊丝并使融化后的液滴按照设定的堆积路径在基板上自下而上层层堆积直到形成零件。电弧增材制造技术成形的零件由全焊缝金属组成，致密度高且化学成分均匀，与锻造件相比具有韧性好、强度高的优点。由于零件多次加热，经历了多次回火和淬火，较传统的锻造技术具有一定先进性。如今，随着损伤容限理念的应用对金属结构的适应性和可靠性提出了新的要求，其结构件逐渐向智能化、大型化、精密化发展。在此背景下，电弧增材制造技术因其在大尺寸精密结构件成形上具有其他增材技术难以企及的制造成本优势而成为研究的热点。电弧增材制造因以电弧为载能束，成形速度快，适用于大尺寸复杂构件低成本、高效快速近净成形。与以激光为热源的增材制造技术相比，电弧增材制造技术对金属材质的敏感性较低，可以成形如铝合金、铜合金等对激光反射率高的材质。与电子束增材制造技术相比，电弧增材制造技术具有制造零件尺寸不受真空室尺寸限制的优点。
目前针对铝合金的电弧增材制造工艺方法主要有钨极惰性气体保护焊接(TIG)、熔化极惰性气体保护焊接(MIG)、冷金属过渡技术(CMT)等。其中CMT技术一经提出就受到国内外学者的广泛关注，能够实现无焊渣飞溅，这减少了焊后清理工作，而且弧长控制较为精确，焊接过程中热输入量小、电弧更加稳定。其工艺特点非常适合低熔点金属如铝合金的增材制造研究，运用CMT焊接技术来焊接铝合金具有重要意义和作用，因此，铝合金CMT电弧增材制造技术一直是近几年国内外学者研究的热点。将电弧增材制造技术用于铝合金构件的制造可节省材料、降低成本，国内外研究人员针对铝合金WAAM技术的研究已取得一定进展。
1.2 2219铝合金：
高强度铝合金是指其拉伸强度大于480MPa的铝合金，主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu为基的合金，即2XXX（硬铝合金类）和7XXX（超硬铝合金类）系合金。前者的静强度略低于后者，但使用温度却比后者高。2XXX(AI-Cu)系合金具有良好的高低温力学性能、断裂韧性、抗应力腐蚀性能及焊接性能。它的工作温度为270~300 C，主要用于航天火箭焊接燃料槽与氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件,我国在新一代火箭贮箱上全面采用了2219铝合金。
2219铝合金是美国铝业公司在上世纪50年代后期开始研制的一种耐热、可焊、高强的Al-Cu系可热处理强化型铝合金。合金主要强化元素为铜，其它元素如锰、锆、钛等可以大大提高合金的综合性能，如提高热稳定性、改善塑性、细化晶粒、焊接性能等。从制造和使用的角度看，2219铝合金相比于当时广泛应用的2014铝合金。
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