悬空特征结构件电弧增材制造成形及算法优化

将增材制造技术与弧焊机器人相结合,针对具有悬空特征预制件增材制造焊接工艺进行研究. 首先针对预制件成形尺寸预测进行算法优化,实现对成形高度及宽度预测;针对悬空焊缝下淌现象,研究焊枪倾斜角度对焊缝成形影响,确定最优焊枪倾斜角度范围,并设计试验对成形方法进行验证,有效改善悬空焊缝表面成形质量,然后在此基础上提出焊枪倾斜角度预测算法,实现对悬空焊过程中焊枪倾斜角度的预测. 最后焊制具有悬空特征预制件验证预测算法及成形方法的准确性. 结果表明,预制件表面成形质量较好,成形尺寸误差小于1 mm.     

双丝电弧增材制备Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金工艺与组织性能

为改善Al-Zn-Mg-Cu铝合金电弧增材过程中出现的工艺和缺陷问题,利用双丝电弧增材技术,制备了Al-Mg-Zn-Cu-Sc合金. 根据电弧增材过程中的工艺以及成形情况,对该工艺中的送丝位置,送丝速度以及变极性频率等工艺参数进行分析. 通过工艺试验得到气孔含量较少和成型情况较好的参数并进行双丝电弧增材制造. 分析了不同扫描速度下的制备的Al-Mg-Zn-Cu-Sc合金组织以及力学性能,对微观组织和试样失效区域进行观察,确认了断裂类型和组织特点. 最终得到双丝电弧增材技术制备Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金的工艺区间,明确了沉积态Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金的基本组织特点.     

CMT+P过程及后热处理对TC4钛合金增材构件组织和性能影响

采用CMT+P程序进行TC4钛合金焊丝电弧增材制造,针对增材过程中热积累造成的组织性能不均匀性,采用两种不同热处理工艺以期改善这种不均匀性,并提高增材构件性能. 结果表明,采用CMT+P进行增材制造可以获得成形良好的沉积零件,当送丝速度为6 m/min,焊枪行走速度为0.3 m/min时,其热输入为313 J/mm, 沉积零件显微组织从上至下不断粗大. 热处理后试样不同部位晶粒大小变得均匀,抵抗塑性变形的能力增强. 拉伸试验表明,在600℃,4 h热处理条件下,构件的抗拉强度最高,为1 124 MPa. 断口分析表明, 所有试样断裂方式均为韧性断裂.     

复杂结构薄壁件电弧增材制造离线编程技术

将增材制造技术和弧焊机器人技术相结合,对复杂薄壁件进行电弧增材制造技术研究. 首先在传统的分层方法的基础上,对成形过程中高度变化的几何模型进行预测并分析,再通过机器人的离线编程与轨迹规划技术,实现成形轨迹的自动提取. 进一步利用圆弧离散局部逼近算法,对复杂薄壁件的切片截面进行微分,计算出四元数矩阵,实现焊枪位姿自动调整;并对焊接工艺进行改良,保证成形质量. 最后通过焊制部分薄壁件进行试验验证. 结果表明,薄壁件成形质量良好,预测尺寸与实际成形尺寸误差不超过1 mm.     

丝材电弧增材制造技术研究现状及展望

丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。     

基于层宽控制的AZ91镁合金TIG电弧增材工艺优化

针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。     

电弧增材制造工艺约束下的速度规划算法研究

电弧增材制造技术是一种高效率、低成本的金属快速制造方式。然而,电弧增材制造在加工复杂零件时,受制于轨迹曲率变化大等因素,焊枪行走速度无法保持恒定,因而难以获得一致的成形形貌。提出一种基于NURBS插补的工艺约束下的速度规划算法,将电弧增材制造工艺允许的速度波动范围考虑在内,能够减小电弧增材制造过程的速度波动,提高成形形貌的一致性,最大相对误差不超过5%,满足电弧增材制造的成形控制需求。     

随弧激冷对电弧增材制造温度场及组织性能的影响

针对电弧增材制造过程中严重的热积累所导致的成形件成形质量差、尺寸精度低以及晶粒粗大等问题,提出通过随弧激冷电弧增材制造方法来改善电弧增材制造过程中的热积累.采用数值模拟与试验相结合的方法研究随弧激冷对电弧增材制造过程温度场的影响,分析施加冷源对成形件的成形质量以及组织性能的影响.结果表明,施加冷源能够有效改善电弧增材制造过程中的热积累,提高成形件的成形质量以及尺寸精度,优化成形件的显微组织以及力学性能.     

Al-Cu-Mg合金电弧增材制造技术研究

受限于铝合金商业丝材的种类,目前铝合金电弧增材制造技术研究主要集中于二元铝合金方面。本研究团队采用双丝电弧增材制造工艺,获得了不同合金组分的三元Al-Cu-Mg铝合金构件,并针对其成形、组织及力学性能等方面进行研究。结果表明:通过合理控制过程工艺参数,可获得良好构件成形;通过控制合金元素组分,可以实现对构件力学性能的有效调控;热处理工艺可以进一步提高构件的力学性能,为深入研究多元铝合金电弧增材制造奠定了基础。     

基于Cu-Al-Fe合金的粉芯丝材增材制造理论及其温度场分析

目前有关粉芯丝材增材制造的研究较少，其理论尚不成熟.将Cu-Al-Fe合金作为研究对象，系统论述了粉芯丝材电弧增材制造的相关理论(沉积成形理论、梯度传热理论和晶粒细化理论)，并使用Simufact-Welding平台搭建了单道多层数值模型，通过对多组别温度场的分析，获得了试验条件下的最佳工艺窗口，即输入电流140 A和扫描速度0.4 m/min，最后开展了优化工艺窗口下的粉芯丝材沉积成形试验.结果表明，在此工艺窗口下可获得形状较好的薄壁墙，该研究为开展粉芯丝材电弧增材制造提供必要的理论基础与试验依据.     

基于磁脉冲焊接的数值模拟研究

磁脉冲焊接具有有效克服铝合金等材料成形性能差、焊接困难的特点,能精确、高效控制成形过程.以铝管与钢管为连接对象,建立了瞬态电磁场分析模型,分析了磁场相关参数;通过顺序耦合的方式,将电磁力加载至变形场,并结合能量曲线分析了作用过程的结果参数.通过对磁脉冲连接的数值模拟分析,可为磁脉冲连接工艺进一步研究提供借鉴.     

焊接熔池的数学模型及焊接工艺参数的在线最优化

用数学模型方法进行焊接过程的计算和预测,关键是选取合适的计算模型和模型参数。本文介绍了一种用红外测温,对所建立的熔池数学模型参数进行修正的方法。结果表明,修正后的模型基本反映了熔池形成的规律。在此基础上,就所给的焊道尺寸要求值进行了焊接工艺参数优化,取得了较为满意的结果。     

激光拼焊错边产生与预测建模方法

错边是评定激光拼焊质最的一个非常重要的指标,薄板构件错边的控制是激光拼焊中一个难题.针对国内首条全自动激光拼焊设备,对错边的产生以及控制方法进行了深入研究,经过大量试验确定了影响错边大小的几个主要因素,板材自身物理变形、压紧力大小与均匀性、压紧横梁变形、支撑底板平面度误差以及焊接变形的影响.通过分析以上因素对错边的影响以及各个因素之间相互关系,建立了错边预测的数学模型.试验验证了模型的正确性,从而为确定错边产生原因,提高焊接质量提供了一个有效的理论指导.     

Fiber Bragg grating sensors for on-line welding diagnostics

On-line monitoring of an arc-welding process is performed in this paper by means of fiber Bragg grating transducers (FBGs) in two different configurations. FBGs were glued to the plate surfaces next to the weld joint, and a FBG transducer was designed to sense the perturbations in the air surrounding the welding plasma column. Sensitivity to both temperature and vibrations during the process was analyzed during several tungsten inert gas (TIG) welding tests, showing the feasibility of the proposed design to perform an on-line detection of different welding perturbations. To enhance the analysis, a setup based on plasma optical spectroscopy was also employed to allow a comparison among the response of both techniques to the appearance of these perturbations.     

Modeling of welded bead profile for rapid prototyping by robotic MAG welding

As a deposition technology, robotic metal active gas(MAG) welding has shown new promise for rapid prototyping (RP) of metallic parts. During the process of metal forming using robotic MAG welding, sectional profile of single-pass welded bead is critical to formed accuracy and quality of metal pans. In this paper, the experiments of single-pass welded bead for rapid prototyping using robotic MAG welding were carried out. The effect of some edge detectors on the cross-sectional edge of welded bead was discussed and curve fitting was applied using leat square fitting. Consequently, the mathematical model of welded bead profile was developed. The experimental results show that good shape could be obtained under suitable welding parameters. Canny operawr is suitable to edge detection of welded bead profile, and the mathematical model of welded bead profile developed is approximately parabola.     

外加磁场对薄壁零件堆焊层形貌的影响

针对薄壁零件在微束等离子堆焊过程中两侧的液态金属下淌导致成形不好的问题,开展薄壁零件在堆焊过程中熔池力学行为分析和熔池成形的控制策略研究. 提出了外加磁场的方法,向熔池施加指向内侧的电磁力,对向下流淌的液态金属进行干预,从而抑制液态金属的流淌. 采用有限元软件COMSOL对工件上产生的电磁场、涡流场及附加电磁力进行仿真分析. 在304不锈钢上开展单道多层堆焊试验,获得了不同磁感应强度下的堆焊层形貌. 结果表明,外加磁场能明显改变微束等离子焊的力学行为和成形规律,并能有效抑制边沿液态金属流淌.     

压电致动器辅助电阻点焊工艺实现及飞溅控制

电阻点焊是一种多物理场耦合且封闭不可见的金属成形过程，焊接过程中电流大且通电时间短，电极力与熔核区热熔化程度匹配不当，极易造成飞溅问题，影响表面成形并降低焊点强度. 针对此问题，文中提出了一种压电致动器辅助电阻点焊的方法，利用压电致动器自身响应时间短、输出推力大的特点，将压电致动器辅助压力施加于焊接过程，实现电阻点焊过程中宏观静压力与压电致动器辅助快速动态可编程压力调节. 结果表明，压电致动器在电阻点焊气缸宏观预紧力下可实现可控的压力输出，不同频率的振动可辅助加载于原始压力波形之上，在保持焊接参数不变的情况下，压电致动器的振动输入可有效改善熔核区热分布，实现对焊接飞溅的抑制并增大熔核直径，综合提升接头性能.     

基于回归分析的钛合金微电阻点焊焊接工艺优化

为了研究焊接工艺参数对钛合金微电阻点焊焊接质量的影响规律以及获得最优的焊接工艺参数,利用中心组合试验设计对0.4 mm厚的TC2钛合金进行焊接试验,对焊接试样进行准静态拉伸试验,获取了表征焊点质量优劣的熔核直径、拉伸力、拉伸位移和失效能量. 利用灰熵法得到了每个焊接质量指标的权值,将其加权为焊接综合质量指标. 采用逐步回归分析方法得到了焊接工艺参数(焊接电流、焊接时间以及电极压力)与焊接综合质量指标之间的回归方程. 在此基础上分析了焊接工艺参数两两交互作用对焊接质量的影响规律,采用爬山优化算法得到了最优的焊接工艺参数.     

聚乙烯管道电熔焊接的温度场模型

聚乙烯管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响。本文在分析了聚乙烯管道电熔焊接过程的基础上,提出了焊接过程中热量传输的数学模型,采用完全隐式差分方法对电熔焊接过程中的瞬态温度场进行了数值模拟,并利用热电耦温度自动采集系统对焊接时的温度场变化进行了实时自动检测。通过实际测量值和模型预测值的比较表明,所建立的数学模型是合理的,计算结果与实际测试结果基本吻合,这一模型的提出有助于焊接质量的保证