等离子弧增材制造设备与其工艺研究

电弧增材制造克服了以激光、电子束做热源的增材制造设备造价和运行成本高的问题,成为金属增材制造技术的研究热点和重要发展方向。根据等离子弧的特点,设计了以等离子弧为热源的增材制造设备,并利用其研究了等离子弧增材制造工艺,包括送丝角度、成型速度、焊接电流等对零件成型的影响。     

WPAAM弧长智能预测与过程监控系统设计

在丝材等离子弧连续增材制造过程中,由于电弧加热过程中热积累导致实际堆敷层高度与设计堆敷层高度出现差异,造成弧长长度难以恒定;同时工艺参数的变化也会影响增材制造过程的稳定性。因此针对丝材等离子弧增材制造,设计了基于LabVIEW的等离子电弧弧长智能预测及过程监控系统。系统以USB4711A采集卡为核心,采用传感器实时采集增材过程中的堆敷电流和电弧电压等信息,实时显示工艺参数动态信息并分析数据,同时建立了基于BP神经网络的弧长智能预测模型,以实时监测增材制造过程中弧长的变化。试验表明,该过程监测系统能够实时监测堆敷过程,通过实时调用3-7-1结构的BP神经网络,能够实时预测电弧弧长变化,预测的误差范围为-1.6~1.4 mm,达到预期要求。     

等离子电弧力的研究

从等离子电弧力的角度 ,探讨了等离子弧焊接工艺参数及其匹配的内在联系与规律性。在不同工艺条件下 (焊接电流、等离子气流量、电极内缩量以及喷嘴高度 )对等离子电弧轴向力进行了测量。并通过显著性分析 ,定量地认识和描述了各工艺参数对电弧轴向力的作用和影响。进而指出了获得稳定的小孔型等离子弧焊接过程的必要条件。本文的工作对于等离子弧焊接工艺参数的匹配及其过程的优化有重要的指导意义。     

基于多信号检测的等离子弧焊接平台构建

焊接过程的准确检测是实现高效优质焊接的基础。实现等离子弧焊接过程的多信号检测对于指导等离子弧焊接工艺具有重要意义。文中搭建了基于多信号检测的等离子弧焊接平台,该等离子弧焊接平台包括等离子弧焊机和焊枪系统、机械运动机构、视觉检测系统、焊接过程监测系统、计算机控制系统等;通过视觉检测系统拍摄了等离子弧焊接电弧形态,测量出了喷嘴出口处的电弧直径与工件上表面电弧直径比值为0. 64,证实了等离子弧焊接电弧挺度高,发散程度小;通过焊接过程监测系统,拍摄了焊缝温感扫描图,在线实时监测了等离子弧焊接焊缝成形,结果表明温感扫描图可以比较准确地反映等离子弧焊接的实际焊缝成形。     

等离子弧喷涂法快速制模技术的基础实验研究

对等离子弧喷涂法快速制模技术进行了基础实验研究。介绍了等离子弧喷涂法快速制模的工艺过程，分析了影响等离子弧喷涂成形的主要因素，试验研究了等离子弧喷涂层的结构和质量，井将该技术用于模具的快速制造。     

金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

等离子弧焊设备可以当作氩弧焊设备使用吗?

<正>可以。用等离子弧设备实施氩弧焊工艺时,只需将焊枪喷嘴孔径开得大于钨极直径,让钨极尖端伸出喷嘴之外。当电弧引燃后,便不再受喷嘴的压缩,成为自由电弧,就与氩弧焊的电弧相同了。应该指出,用等离子设备实施氩弧焊工艺是不经济     

308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能

随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升,增材时间成本占比越来越高,为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上,提高熔敷效率,降低时间成本比例,提出了热丝等离子弧增材制造工艺. 分别采用冷丝等离子弧增材制造(CW-PAM)和热丝等离子弧增材制造(HW-PAM)两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验,研究了HW-PAM工艺的特性,并对增材试样的显微组织和力学性能进行对比分析. 结果表明,HW-PAM工艺的平均熔敷效率提高了105%, 在电弧行进速度为20 cm/min时,熔敷金属损失率最多可降至1.42%,比CW-PAM工艺降低了6.18%. 在电弧行进速度为50 cm/min时,试样内部存在大量非等轴铁素体,平均晶粒直径从CW-PAM工艺的8.37 μm细化到7.62 μm. HW-PAM试样的抗拉强度均在700 MPa以上,断后伸长率最高可达到53%,比CW-PAM工艺提高了6.25%.     

双尖角磁场再压缩等离子弧的物理特征及焊接工艺性能

本文介绍了等离子弧经双尖角磁场再压缩以后电弧的状态和行为。通过电弧负载特性,电流密度和压力的分布以及稳定性指标的测定,对其物理特征进行了分析研究。在此基础上,进行了不锈钢板的熔入型及小孔型焊接试验。试验表明:等离子弧经外磁场再压缩后,能量密度明显提高且容易调整、有利于控制焊缝成型、抑制“双弧”产生、增加小孔型的焊接厚度,具有广泛的应用价值。     

焊接设备第三部分等离子焊接设备

1等离子弧焊接特点 等离子焊接(PA)是在TIG焊基础上发展起来的焊接技术.它利用等离子弧作为热源,气体由电弧加热产生电离,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧.其稳定性、发热量和温度高于一般电弧,具有较大熔透力和焊接速度.形成等离子弧的气体和周围的保护气体一般为氢气.根据各种工件的材料性质,也可使用氦或氩氦、氩氢等混合气体.等离子焊接的适用面广,从低合金钢到高合金钢,从黑色金属到有色金属,特别是航空航天等军工和尖端工业技术所用的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接,如钛合金的导弹壳体,飞机上的一些薄壁容器等.图67展示了等离子电弧和钨极氩弧焊电弧的不同.     

基于微束等离子弧三维焊接的直接金属成形系统设计

基于分层制造概念的金属模型的制造是当今快速成形领域的热门研究课题。基于微束等离子弧三维焊接的直接金属成形系统是一种可以实现金属零件及模具快速制造的方法。本文在分析了直接金属成形原理的基础上，结合直接金属成形系统的研制工作，介绍了该系统的总体结构和特点，并具体描述了该系统的软、硬件实施。     

Effects of processing parameters on figuration during the GMAW rapid prototyping process

As a deposition technology, gas metal arc welding （GMAW） has shown new promise for rapid prototyping of metallic parts. During the process of metal forming using the arc of GMA W, low heat input and stable droplet transition are critical to high quality figuration. The effects of various processing parameters on figuration quality were studied in the experiment of GMA W rapid prototyping using the wire of ERSO-6 , including welding voltage, wire feeding rate, welding speed and so on. The optimal parameters for ERSO-6 are obtained. Simultaneously, it is verified that the rapid prototyping parts with favorable structures and quality can be achieved under the conditions of low heat input and stable droplet transition.     

双熔化极旁路电弧焊控制系统控制器快速原型实现

在介绍了双熔化极旁路电弧焊这种高效的焊接方法基础上,采用了基于xPC实时目标环境,建立了双熔化极旁路电弧焊实时目标的硬件平台,运用Matlab/Simulink工具开发了双熔化极旁路电弧焊控制系统的快速原型,并进行了不同控制器下的焊接特性及工艺方面的试验研究.结果表明,模糊控制器的控制效果优于九点控制器,且快速原型控制系统具有很好的快速响应性能,能较好地实现双熔化极旁路电弧焊过程稳定焊接,焊缝成形美观、飞溅小.     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

铝合金电弧增材制造研究现状

电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM）具有沉积速率高,成形速度快以及适合各种成形环境的优点,吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中,如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。当焊接电流较小或焊接速度较快时,热输入较低,熔融金属冷却速度快,形核率高,成形件为晶粒细小的等轴晶粒,提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短,即热输入越低,成形件等轴晶区越宽,晶粒越细小,气孔缺陷越少,成形件机械性能越优异。对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异,发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低,成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异;脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜,获得平整的表面。分析了电弧增材制造系统的优化方案,发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中,调控熔池流动,避免熔敷金属铺展不均匀;施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形,在晶粒内产生大量位错;利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材...     

Development of a welding system for 3D steel rapid prototyping process

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｅｌｄｉｎｇｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｉｓａｎｏｖｅｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｈｉｃｈａｓｏｌｉｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｒｅｆｏｒｍｅｄｂｙｗｅｌｄｉｎｇｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＣＡＤｍｏｄｅｌ.Ｉｎｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ ,ａｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ( 3Ｄ)ｏｂｊｅｃｔｉｓｓｌｉｃｅｄｂｙＣＡＤ ,ａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｏｕｔｌｉｎｅｃｕｒｖｅｓｏｆｅａｃｈｌａｙｅｒａｒｅｏｂｔａ…     

基于SLS原型的快速(重力)铸造工艺

结合SLS快速成形和铸造工艺可以实现金属零件的快速铸造.根据原型材料可熔融和烧失的特性,制定了类似于熔模铸造的快速铸造工艺方案.讨论了快速金属铸件的特点,对快速铸造工艺提出了成功率高、成形性好和性能较高的要求.分析了面向金属零件快速铸造的重力铸造工艺并以实例说明,顶注式浇注系统适用于结构简单且高度不大的快速零件,而阶梯式浇注系统适用于中大型和复杂程度较高的铸件.     

旁路耦合微束等离子弧增材制造自适应高度控制系统

在xPC Target实时目标环境下,采用旁路耦合微束等离子弧进行增材堆垛试验,探究最大临界送丝速度、焊炬悬空高度和总电压等过程参数之间的关系.通过数据分析得到了送丝速度与总电压的回归模型,进一步在xPC Target系统中创建变送丝和电压反馈相结合的自适应高度调节控制模型,搭建了基于自适应高度调节的旁路耦合微束等离子弧增材制造控制系统,进行了在台阶形基板上的堆垛成形试验和单墙体零件自适应堆垛试验.结果表明,该控制系统能提高增材制造过程的稳定性;优化堆垛高度方向上的成形路径设计;实现复杂形状基板上金属零件的堆垛成形.     

基于冷金属过渡技术快速成形工艺

为了拓宽快速成形技术,采用冷金属过渡焊接快速成形方法以及建立的机器人快速成形系统,研究了焊接电流、焊接速度和不同焊接方法对焊缝的宽高比λ的影响,进一步研究了焊接电流、提升高度和焊接方法对多层柱体焊缝成形的影响,总结得出合适的焊接工艺参数并分析测试了快速成形试样的力学性能.结果表明,焊缝宽高比λ较大的焊接工艺参数有利于获得表面平整和尺寸精度较高的快速成形试样,合适的焊接工艺参数和焊接方法能够控制尺寸精度,获得性能优异的成形试样.     

双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊“弧长-电流”双路闭环控制

针对新型双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊过程极不稳定、焊缝成形差的问题,模拟分析了焊接参数之间的影响规律,提出了通过旁路送丝速度控制旁路弧长、通过旁路电流控制母材电流的"弧长-电流"双路闭环控制方案并进行了控制模拟分析与预测.在此基础上,采用快速原型试验系统,利用Matlab/Simulink,进行了"弧长-电流"双路闭环控制焊接试验并与模拟结果进行了对比、验证与分析.结果表明,采用"弧长-电流"双路闭环控制方案,可以在有效地解决焊接过程稳定性问题的同时保证流经母材电流的稳定,并得到了成形良好的焊缝.