助力学术 | 上交大顶刊发表WAAM 316L 奥氏体不锈钢单剪切螺栓连接的性能研究，融速科技助力支持

近年来，先进金属制造技术的蓬勃发展，提升了人们对钢结构设计的期望，电弧增材制造（WAAM）因其沉积速率高、成本低和对建筑尺寸限制较少，在建造大型复杂钢结构方面引得了广泛关注。要深入了解WAAM技术制造的钢结构性能，推动 WAAM 技术在钢结构中的应用，就必须全面掌握 WAAM 钢连接的结构行为。螺栓连接是钢结构中主要的元件连接方式，在提供装配/拆卸灵活性、确保结构完整性以及维护耐久性方面起着重要作用。而对WAAM碳钢螺栓连接的研究表明，WAAM钢材的各向异性特征对连接的失效模式和承载力有一定影响。尽管WAAM不锈钢各向异性通常比WAAM碳钢更明显，但关于WAAM奥氏体不锈钢螺栓连接力学性能的研究很少。

01 填补WAAM奥氏体不锈钢螺栓连接的性能研究空白

为了填补这一研究空白，近日，上海交通大学土木工程系陈满泰副教授团队同南洋理工大学，哈尔滨工业大学，香港理工大学和爱丁堡大学五所高校合作，在工程技术领域中科院1区Top顶刊Thin-Walled Structures上发表了题为“Behavior of wire arc additively manufactured 316L austenitic stainless steel single shear bolted connections”的研究成果，融速科技为试件制作提供技术支持。

此次研究所用试件由融速科技提供的六轴打印平台打印完成，采用直径为 1.2 毫米的 ER316L 奥氏体不锈钢原料线材，通过 WAAM 工艺制作成扁平椭圆形管。WAAM 工艺采用了冷金属转移 (CMT) 技术，在冷却剂的帮助下，从扁平椭圆形管的扁平段上通过线切割获得 WAAM 奥氏体不锈钢板，形成连接试件。

图 1. WAAM 试件制作：（a）WAAM 工艺；（b）线切割工艺

02 WAAM奥氏体不锈钢螺栓连接拉伸实验研究结果

论文对 WAAM 316L 奥氏体不锈钢单剪螺栓连接的力学性能进行了试验研究，共制作44 个WAAM 316L试件并开展了单剪螺栓连接试验。详细介绍了WAAM试件的制作过程、几何形状三维激光扫描和材料性能测试结果，报道了包括载荷-变形性能、承载力和典型失效模式在内的主要测试结果，讨论了螺栓位置和测试方向对连接能进的影响规律。

最后将欧洲钢结构规范prEN 1993-1-8 和 prEN 1993-1-4、美国不锈钢结构规范 ANSI/AISC 370-21以及相关设计建议计算的螺栓连接承载力与本研究试验结果进行比对，评估其对于WAAM 奥氏体不锈钢单剪螺栓连接设计的适用性。

图2. 与打印方向相关的WAAM试件测试方向规定

图 3. 几何构造

图 4. 几何测量：（a）3D 激光扫描；（b）Rhino 中的数据处理

图 5. 未磨平试件的几何统计分析：（a）几何分析云点生成示意图；（b）典型未加工试件 UM-90-1.5-3.0 的厚度分布图

图 6. 不同测试方向的WAAM 316L 奥氏体不锈钢试件的应力-应变曲线：（a）全范围；（b）初始阶段

图 7. 单剪螺栓连接试验装置

图 8.净断面断裂：(a) 荷载-位移曲线；（b）以 NSF 和 NSF(C) 模式破坏的试件照片

图 9. 局部撕裂破坏：（a）载荷-位移曲线；（b）以 LTF 模式失效的试件照片

图 10. 剪出破坏：（a） 测试方向为 0°或 90°的试件的荷载-位移曲线（b）试验方向为 30°/45°/60°的机加工试件的荷载-位移曲线；（c）以 SF 和 SF(C) 模式失效的试件照片

图 11. 端部卷曲承压破坏：（a）e1' ≤2.5d0 试样的荷载-变形曲线；（b）e1' >2.5d0 试样的荷载-变形曲线；（c）未加工试件的载荷-变形曲线；  (d)  典型破坏照片

03 融速科技将持续为科研实验提供技术支持

融速科技在此次研究中提供了技术方面的支持，成功完成44个WAAM 316L奥氏体不锈钢单剪切螺栓连接试件的制作和各项试验。

融速科技可为客户提供全流程一体化的金属3D打印服务

作为一家聚焦金属送丝增材制造领域的高新技术企业，融速科技拥有成熟的激光送丝增材和电弧增材技术，自主研发激光送丝增材设备Laser One和电弧增材设备STAR系列，具备提供一站式DED金属送丝增材打印服务的能力，已累计打印交付零部件约600件，共数万公斤，已和数十家国内外知名大学及研究机构展开合作，为相关研究实验提供技术支持。