高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性，成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力，非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文旨在综合分析高强铝合金电弧增材制造技术的最新研究进展及其面临的挑战。

电弧增材制造技术概述

电弧增材制造技术（Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM）结合了传统焊接技术和增材制造的优势，使用电弧作为热源，以填充焊丝作为原料进行逐层沉积，直至创建出所需的3D形状结构件。相比于减材制造和其他增材制造工艺，WAAM具有沉积效率高、设备成本低、材料利用率高、能够制造大尺寸构件、设计自由度高、材料可用性广泛以及对环境污染低等优势。这些特点使得WAAM在金属智能制造领域具有广阔的发展前景。

高强铝合金电弧增材制造的固有属性和缺陷

高强铝合金一般指可热处理强化的含铜元素的2×××系列和含锌元素的7×××系列铝合金，主要应用于需要高强度、高韧性、耐腐蚀和高耐损伤要求的航空航天领域。然而，高强铝合金在WAAM工艺的成形过程中，由于逐层沉积热输入引起的不同于其他成形方法和其他系铝合金的固有特性，始终无法完全消除。这些特性包括层间结合、熔池区（MPZ）、熔池边界（MPB）和热影响区（HAZ）等。

在高强铝合金WAAM过程中，常见的缺陷包括裂纹、孔隙率、不均匀的微观结构、残余应力和变形等。这些缺陷对高强铝合金构件的力学性能和结构性能产生了显著影响。例如，单纯堆焊沉积的高强铝合金构件的抗拉强度往往不超过300 MPa，远低于预期。因此，如何通过改变工艺参数和后处理手段来优化高强铝合金WAAM构件的性能，是当前研究的重点之一。

电弧增材制造技术的分类与原理

根据热源性质的不同，WAAM工艺通常分为三种类型：熔化极气体保护焊（GMAW）、非熔化极钨极气体保护焊（GTAW）和等离子弧焊（PAW）。

熔化极气体保护焊（GMAW）是最常用的WAAM工艺之一，它使用连续送进的填充焊丝作为电极，在惰性气体或活性气体的保护下，通过电弧熔化焊丝和基材，实现逐层沉积。该工艺具有操作简便、沉积速率高和成本相对较低的优点，但在控制微观结构和减少缺陷方面面临挑战。

非熔化极钨极气体保护焊（GTAW）则使用钨棒作为电极，电弧在钨棒和工件之间产生，填充焊丝通过电弧热熔化后沉积到基材上。GTAW工艺在控制热输入和电弧稳定性方面具有优势，适用于对成形精度和微观结构有较高要求的场合。然而，其沉积速率相对较低，限制了在大尺寸构件制造中的应用。

等离子弧焊（PAW）通过压缩电弧形成高温、高能量密度的等离子束，实现对焊丝的快速熔化和精确控制。PAW工艺在WAAM中具有高精度、高能量密度和低稀释率的特点，适用于制造高质量、高性能的铝合金构件。然而，其设备复杂性和成本较高，限制了其广泛应用。

针对高强铝合金WAAM过程中存在的缺陷，研究者们正在探索通过优化工艺参数、改进热源设计、采用先进的后处理技术等手段，以提高构件的力学性能和结构性能。未来的研究将更加注重跨学科合作，结合材料科学、机械工程和计算机科学等领域的最新成果，推动高强铝合金电弧增材制造技术的创新与发展。