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题名	旁路耦合微束等离子弧焊增材制造过程优化及控制研究
作者	李楠
答辩日期	2019
导师	樊丁 ; 黄健康
关键词	旁路耦合微束等离子弧焊 增材制造 曲面零件 自适应高度控制 动态变形
学位名称	硕士
英文摘要	电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)堆垛速度高,材料利用率高,不受零件尺寸形状限制,在直接堆垛成形大型金属零件上有着明显的优势,受到了国内外研究学者的广泛关注。然而热积累和熔池尺寸的动态变化增加了WAAM堆垛成形过程自动化和控制难度,使得WAAM技术目前仍以简单零件的增材和修复为主。本文针对WAAM堆垛成形中热积累、过程自动化及过程控制的问题进行了试验探究和理论分析。首先,在xPC Target实时目标环境下建立旁路耦合微束等离子弧焊(Double Electrode Micro Plasma Arc Welding,DE-MPAW)增材制造系统。进行旁路耦合微束等离子弧焊和普通微束等离子弧焊堆垛成形金属零件的对比试验。结果表明,旁路电流对基板和堆垛层分流控热的作用,可以改善电弧增材制造过程中的热积累,减少堆垛层的熔宽和熔深,增加堆垛层高度,提高堆垛效率。其次,选择合适的基板约束方式,结合工业CCD相机、坐标板和K型热电偶等设备,搭建DE-MPAW增材制造动态变形测量系统。同向和往复堆垛成形10层304不锈钢单墙体零件,研究DE-MPAW增材制造堆垛成形过程中动态变形的规律和不同堆垛路径参数对变形的影响。结果表明,基于悬臂梁约束的变形视频测量方法能有效地测量电弧增材制造堆垛成形过程中的动态变形;堆垛过程中的动态变形随着时间和堆垛层数的增加呈锯齿状变化,整体表现为先增加后减少的趋势;与同向堆垛相比,往复堆垛形式下,电弧增材制造堆垛过程中的平均峰值温度、温度梯度和变形量更少,更利于改善电弧增材制造过程中的热积累和变形。然后,在DE-MPAW增材制造系统的基础上,运用UG/NX软件系统建立DE-MPAW增材制造曲面零件成形系统,通过控制旁路电流的大小对ER304L不锈钢材料和Inconel625镍基高温合金材料进行椭圆筒形零件快速成形试验,以及结合铣削加工技术进行不锈钢戒指零件的加工制造试验。结果表明,在相同的堆垛参数下,可以通过调节旁路电流大小对堆垛层和基板进行分流控热,保证焊缝成形和堆垛层尺寸的稳定,以及结合基于电弧刀具库的成形路径规划设计,实现不同材料曲面零件的自动化堆垛成形,尤其是Inconel625镍基高温合金材料。最后,通过试验研究DE-MPAW堆垛过程中最大临界送丝速度、焊炬到基板距离、电流和电压之间的关系,分析不同熔滴过渡模式下堆垛过程的电路原理,在xPC Target实时目标环境下,建立DE-MPAW增材制造自适应高度控制系统,开展在台阶、斜坡和有交叉路径形状基板上的堆垛试验,以及堆垛成形25层单墙体零件试验。结果表明,DE-MPAW增材制造自适应高度控制系统通过控制焊炬高度稳定在设定范围以及实时改变送丝速度,实现了在不同形状基板上的堆垛成形试验和以自适应高度调节的方式自动化堆垛成形单墙体零件,改善了电弧增材制造过程中堆垛层高度预估难、零件模型分层切片设计复杂和堆垛层重熔塌陷等问题,优化了堆垛成形过程,增强了电弧增材制造过程的稳定性。
语种	中文
页码	77
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内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94985]
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	李楠. 旁路耦合微束等离子弧焊增材制造过程优化及控制研究[D]. 2019.

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