基于线结构光的电弧增材制造熔积层三维测量

针对电弧增材制造过程中熔积层形貌信息的实时检测问题,开发了基于线结构光的熔积层形貌三维测量系统。建立了测量系统的数学模型,利用MATLAB标定工具箱并采用锯齿靶标法,得到测量系统的内外参数;将自适应阈值法与灰度重心法相结合,优化激光线条纹中心提取算法;通过数控机床的运动实现对熔积层形貌的三维测量。试验结果表明,熔积层形貌三维测量系统高度方向测量误差小于量程的0.4%,配套的三维测量软件能实时将熔积层形貌信息反馈给路径规划软件,为堆铣复合成形提供有效的数据支持。     

CMT电弧增材制造过程电弧特性对熔滴过渡行为的影响机理研究

冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有沉积效率高、制造成本低等优势,在航空用大尺寸构件的快速成型领域应用前景广阔。对于电弧增材制造大型构件需采用大电流来进一步提高沉积效率,但在此高电流模式下电弧放电过程对熔滴过渡行为的影响机理尚不明确。因此,本研究采用高速摄像仪观察了电弧增材制造过程中电弧形态及熔滴过渡行为,同时通过建立电弧模型及熔滴过渡模型,分析了在不同电流波段及工艺参数下熔滴过渡频率及熔滴尺寸变化规律,最终揭示了电弧放电过程中电流密度、洛伦兹力等物理因素对熔滴过渡的作用机理。结果表明,电弧宽度与洛伦兹力决定熔滴在电弧放电过程中的受力大小,进而决定熔滴尺寸及其过渡频率。随着送丝速度从5.5 m/min增大至7.0 m/min时,电流峰值持续时间增加了1倍左右,同时电弧宽度与电流密度的随之增加,使得熔滴过渡过程中电磁力上升,熔滴尺寸下降14%且射滴过渡频率增加了3～4倍。当瞬时电流进入熄弧阶段时,熔滴过渡形式转变为短路过渡。随着送丝速度的增加,短路过渡频率从29 Hz减少至20 Hz。     

电弧填丝增材制造过程熔滴射滴过渡特征及其对熔滴沉积成形的影响

基于脉冲GMA电弧检测了电弧填丝增材制造过程中与熔滴过渡相关的电弧电流、电弧电压和声发射信号,研究了电弧脉冲作用下的铝合金熔滴射滴过渡特征,提出了一种可对处于射滴过渡模式下的熔滴尺寸、电弧力和熔滴沉积率进行计算的方法,并分析了沉积层的成形质量特征。研究结果表明,利用检测获得的电弧电压、电弧电流信号和声发射信号可以对处于射滴过渡模式下的熔滴过渡过程及其特征进行区分。在本研究条件下,作用在过渡熔滴上的电弧力随电弧功率增加而递增。电弧力的增加将限制熔滴尺寸的增大,从而在电弧功率递增时呈现熔滴尺寸的递减和熔滴过渡频率的递增。同时,电弧功率增加,使热输入增大,射滴过渡熔滴对熔池的冲击增强,容易造成熔滴过渡形成的沉积层坍塌,从而使熔滴沉积层高度递增的趋势减缓,形成的沉积层显微组织明显粗化。     

等离子熔积快速直接成形过程宏微观连成数值模拟

建立了等离子熔积快速直接成形(Plasma Deposition Manufacturing, PDM)过程多相混态场统一模型,基于蒙特卡罗法(Monte Carlo,MC)建立热影响区(Heat Affected Zone,HAZ)晶粒长大过程的数学模型。分析了不同热源功率工艺条件下熔池温度场和流场的变化规律以及特征点的温度循环曲线,进而探究了热源功率对热影响区晶粒尺寸与分布的作用机理。对AISI316合金等离子熔积过程进行了模拟,所得的计算结果与试验结果基本一致。     

CMT电弧增材制造过程传热传质数值模拟

冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)电弧增材制造技术具有熔敷效率高、热输入低、成形稳定等优点,在大尺度构件直接成形领域应用前景广阔.然而,其成形过程熔池热-流等物理场演变机理尚不明确,且很难通过试验手段获得.基于动网格技术,建立了二维CMT电弧增材制造热-流场数值模型.模型中,采用流体体积法追踪...     

电弧增材工艺参数对成形质量的影响

基于电弧增材逐层熔覆特性,单焊道成形质量对多层多道堆积成形具有重要影响。本文通过正交试验方法研究了TIG电弧增材技术中工艺参数对焊道余高及熔宽的影响规律,建立了焊道几何尺寸的数学模型。在此基础上进行了单道多层堆积及多道搭接实验,研究了其微观组织及显微硬度。结果表明:单层搭接时道间冷却充分,重叠部位分区明显,焊道两侧硬度大,不完全重结晶区域硬度较低;层间冷却5 s时堆积层分层不明显,顶层为片状组织,中下层大致为等轴晶组织,靠近基板的焊缝区硬度最大。     

冷金属过渡电弧增材制造5183铝合金温度场的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS使用生死单元法建立冷金属过渡(CMT)电弧增材制造单道10层5183铝合金模型,模拟分析了增材制造过程中温度场的分布和变化规律,并进行试验验证;采用该模拟方法研究了增材制造路径(单向和交叉路径)、层间冷却时间(20,40,60 s)和焊接速度(400,450,500 mm·min^-1)对温度场的影响。结果表明：模拟得到在CMT电弧增材制造过程中基板某点的热循环曲线的变化趋势与试验结果基本一致,且峰值温度和波谷温度与试验结果的相对误差均不大于8.93%,验证了模型的准确性。随着堆焊层数的增加,熔池峰值温度升高,熔池区域变大;单向路径增材制造会在试样收弧端产生较严重的热积累,而交叉路径可以减弱热积累效应;层间冷却时间越长,焊道中点的峰值温度越低,且降低幅度随冷却时间的延长而逐渐减弱;焊道的峰值温度和波谷温度随焊接速度的增加而降低。     

基于Workbench的316L不锈钢增材制造温度场数值模拟研究

利用Workbench有限元分析软件,采用生死单元与移动热源结合的方法对电弧增材过程温度场进行研究,实现了不同工艺参数下增材制造过程温度场数值模型的建立与求解。结果表明：固定输入条件下成形件多层累积增材过程中热量积累效应逐层增强;相同热输入下,增材第1层至第10层,增材过程中焊道中点温度由2 354.9℃升高到2 879.7℃;控制层间冷却时间、改变逐层热输入均可减少热量的累积,通过控制层间冷却时间使得层间温度低于600℃,同时改变逐层热输入参数使增材过程最高温度降低了约10%。     

厚壁筒节三辊单道次弯卷成形数值模拟

针对水平下调式重型三辊卷板机弯卷成形工艺,采用ABAQUS对厚壁筒节单道次弯卷成形过程进行有限元模拟仿真.对板材三辊单道次弯卷成形工艺过程进行了分析,将成形工艺过程划分为9个阶段,建立了厚板三辊弯卷成形仿真模型,采用试验手段确定板材应力应变关系,根据弯卷工况参数施加仿真边界条件,将数值模拟成形过程划分为12个动作步,采...     

电弧增材制造中铝合金的应力与变形的模拟

铝合金在航天工业中有着重要地位,其强度适中,塑性好,密度低,具有较强的抗腐蚀性,且抗裂纹能力好。但在焊接过程中产生的残余应力和由其引起的焊接变形对材料的成形质量有很大的影响,为了克服这一问题,本文通过有限元模拟的方式不同工艺参数的电弧增材制造过程进行了计算并绘制成曲线图进行分析讨论。研究了焊接残余应力及焊后变形受工艺参数影响的规律,认为通过调整焊接热输入可以在一定程度上实现对残余应力及变形的控制。     

探究焊条电弧焊单面焊双面成型焊接技术

焊条电弧焊单面焊双面成型技术是焊工施工中的一项重要技术,应用广泛,操作难度较大,对于焊工的要求较高,这就需要相关从业者对这一技术进行详细地了解,不断提高自身的操作水平。     

等离子弧焊直接金属成形技术的工艺研究

提出了一种基于等离子弧焊的直接金属成形新方法,通过对成形工艺的试验研究,确定了焊接电流、成形速度与成形轨迹宽度之间的对应关系;针对成形轮廓的表面质量问题,实施了根据轮廓矢量进行切向送丝的填充方案;并采用循环水冷的温控措施解决了成形过程的过热问题。     

柔性制管过程的样条有限条仿真

提出弯管过程样条有限条分析方法,建立基于更新拉格朗日方法(U.L.法)的弹塑性大变形样条有限条法的理论模型.采用该方法分析柔性制管过程变形带材的位移场、应变场和应力场.并应用可视化技术有效、直观、快速地显示模拟结果,对实际生产具有重要意义.     

金属板件等离子体弧柔性成形热过程计算与分析

建立了金属板件等离子体弧柔性成形的热过程数学模型，计算并分析了成形过程中板材的热物理参数、几何尺寸、等离子体弧扫描速度、冷却条件等因素对成形零件的温度场分布的影响规律。研究发现：在一定的成形条件下，可实现成形的板材厚度存在极限值；在保证板材表面温度足够高的前提下，采用较高的扫描速度仍可以获得较好的成形效果，而引入冷源，可更好地控制板件最终形状。     

自动埋弧焊在压力容器上的焊接工艺应用

为解决在焊接冶金设备转炉炉身等厚壁压力容器时存在的问题,经过反复试验,总结了一套切实可行的埋弧焊焊接方案。主要从焊接坡口要求、焊接材料选用、钢板施焊前的要求、焊接参数及焊后处理等几个方面进行了介绍。     

等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究

匙孔是等离子弧焊的重要特征。建立等离子弧焊电弧数值模型,对比分析含匙孔和不考虑匙孔的两种情况下,电弧温度场、流场、电磁场等物理特性的差异性,揭示匙孔对等离子弧物理特性的影响规律。采用光谱诊断方法计算电弧温度分布,从而验证模拟结果。数值模拟研究结果表明,匙孔的出现,导致电弧体积增大,弧柱区平均电流密度下降,从而导致电弧最高温度降低约2 400K,等离子体最大流速从437m/s降低到349m/s。匙孔直径沿匙孔深度方向减小,对电弧产生附加的机械压缩作用,使匙孔底部电弧的温度和速度上升。数值模拟与光谱诊断获取的轴线上温度大小及变化规律相接近,证明电弧数值模型的可靠性,也说明建立等离子弧数值模型时,应当考虑匙孔的影响。     

多工步橡皮成形工艺过程数值模拟研究

采用非线性有限元分析软件对复杂飞机舱门内衬板零件的橡皮成形过程进行计算机模拟。涉及到模拟算法的选择,多工步成形与回弹的数据处理技术,多个工步成形工艺设计,摩擦算法、罚参数的确定;预示和分析了3个工步的模拟过程中板料回弹,材料变薄,起皱,板料贴模的影响因素。     

ER120S-G高强钢电弧增材制造的工艺优化

针对ER120S-G高强钢电弧增材制造搭接间距的工艺优化问题,采用脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)工艺,对5组单层焊道进行Canny边缘提取和高斯平滑滤波,并选用不同函数对单道形貌进行拟合。比较了常规搭接模型和优化的斜顶搭接模型,并计算出它们的最优搭接间距。研究结果表明,对于高强钢GMAW-P工艺,采用正弦函数拟合焊道边缘的效果最佳,并且采用优化的斜顶搭接模型得到的最优搭接间距为0.66倍的单道宽度。基于上述优化结果试验成形了多层多道块体样件,成形表面质量良好无缺陷,块体组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A组元等,抗拉强度呈现一定的各向异性。     

基于晶界迁移率与晶界能各向异性的晶粒生长元胞自动机模拟

基于晶粒长大的理论模型,结合曲率机制与概率性转变规则,建立了晶界迁移率与晶界能各向异性条件下的二维元胞自动机模型,利用该模型对晶粒等温条件下的生长过程进行了模拟,分析了晶粒长大的组织演变与动力学特征、晶粒尺寸和晶粒边数的分布,对比了晶界迁移率各向异性、晶界能各向异性对晶粒生长的影响。结果表明:晶界迁移率与晶界能各向异性条件下晶粒形态演变遵循晶粒正常长大的规律,相对晶粒尺寸偏离正态分布,晶粒边数分布不具有时间不变性特点,小角度取向差三叉晶界平衡角偏离120°;与各向同性相比,晶界迁移率与晶界能各向异性条件下晶粒的生长速率明显减慢,单独考虑晶界迁移率各向异性对晶粒生长的影响不大,晶界能各向异性对晶粒生长的影响大于晶界迁移率各向异性的影响;模拟结果符合晶粒生长动力学理论和相关文献的结论。     

中厚板熔化极气体保护焊的数值模拟及实验验证

在建立中厚板GMAW温度场数值仿真模型的基础上,用ANSYS进行了数值模拟,并通过红外热像仪进行了实验验证。实验结果与模拟结果对比分析表明,温度场热循环曲线的形状、峰值温度及加热速度比较接近实测数值,冷却区段偏差稍大,证明所建立的数值仿真模型可以较好地模拟中厚板GMAW的温度场,为应力应变分析等其他焊接过程的数值分析打下了良好的基础。