Page 33 - 2022'中国无损检测年度报告
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力，增材构件内部残余应力分布不均是导致增材
构件材料性能下降、内部缺陷、变形和开裂的主
要原因，已经成为各种增材构件报废和服役安全
事故的重大隐患，因此，实现增材残余应力可控
是提升增材构件制造质量和服役安全的先决条
件。
课题组创新地提出一种低应力增材技术，在
增材过程中或增材完成后，将协调产生的多源高
能声束导入增材构件内部，实现金属增材制件内 图 11 双机械手低应力增材系统
部残余应力的消减和均化。该方法满足各种筒类、 1.4 低应力加工技术
架体类、箱体类等大尺度构件的增材制造过程需 低应力加工技术是在机械构件加工过程中或
求，特别适合弱刚度制件的制造过程。 加工前后，利用高能声束控制技术将工件内分布
针对弱刚度铝合金壳体类构件增材和后续加 不均和随切削产生的加工残余应力消减均化到数
工过程中易变形和厚度不均匀的问题，研制了单 值低而均匀分布的状态，具有构件整体残余应力
机械手低应力增材系统（见图 10），成形规格为 分布均匀、应力幅值较小、保形能力好、切削效
400 mm×400 mm×500 mm （长 × 宽 × 高）， 率高、构件表面加工精度高等特点。
已应用于各类导弹战斗部壳体、导弹尾舱等航空 检测与控制研究课题组所基于低应力加工理
航天、国防领域的高端装备。相较于传统增材工 论，研究了铝合金薄壁平板、框体类构件及钛合
艺，该设备成形的 114A 铝合金壳体构件残余应 金精密构件的高能声束调控方法，薄壁构件的高
力消减率达 40.45%，均化率达 28.46%，值得 能超声调控机理、多通道激励控制模式与加工工
一提的是，低应力增材构件的力学性能亦有明显 艺的协调控制方法，并研制了低应力加工系统，
提升，其中屈服强度提升 29.5%，抗拉强度提升 包括中央控制器、功率超声电源、超声激励器、
19.8%，延伸率提升 82%。 低应力加工工作台、真空吸盘系统、夹持与压紧
固定装置等。利用高能声束原理，重新建立构件
残余应力的平衡状态，使得加工后的薄壁构件变
形小、构件服役过程中保形能力强。
低应力铣削成形的某型号雷达天线壁板如图
12 所示，采用 3 种不同材料的铝合金进行对比加
工，使用低应力加工技术的天线壁板平面度均小
于原始铣削工艺加工的天线壁板。且经过残余应
力检测，检测结果显示低应力加工后的构件应力
水平较低且总体分布均匀，验证了在铣削加工中
图 10 单机械手低应力增材系统 的变形控制效果。目前低应力加工技术方向已申
针对大型框梁类和箱体类构件的增材制造， 请发明专利 1 项，发表 SCI 论文 1 篇，EI 会议论
研制了双机械手低应力增材系统（见图 11），增 文 1 篇。
材范围为 4 000 mm×2 000 mm×1 000 mm，
该设备对大型复杂对称框梁和箱体制造具有速度
快、质量好、变形小等优点，能进行铝合金、不
锈钢、铜合金、低碳钢等丝材的低应力增材，广
泛适用于航空航天、兵器船舶、航母潜艇、核安全、
轨道交通等领域。
目前低应力增材技术方向已申请发明专利 2
项，授权外观设计专利 2 项。 图 12 低应力铣削成形的某型号雷达天线壁板示意
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