5556铝合金CMT增材单道成形质量及尺寸预测模型研究

目的 研究不同参数下5556铝合金CMT增材单道成形质量及尺寸预测模型。方法 利用游标卡尺和钢直尺,对增材试样截面的余高、熔宽、成形高度及成形宽度进行测量,并且使用SPSS、Excel及Origin等软件进行尺寸预测模型的建立及验证。结果 对于单层单道增材试样,随着焊接电流从60 A增至140 A,其余高、熔宽均整体呈上升趋势,并且余高的增长速度远小于熔宽的增长速度;随着焊接速度从300 mm/min增至1 100 mm/min,其熔宽、余高均呈下降趋势,但当焊接速度超过700 mm/min时,熔宽的变化较小;随着气体流量从10L/min增至25L/min,余高的变化幅度较小,但熔宽的变化幅度较大。对于多层单道增材试样,随着焊接速度从400 mm/min变为800 mm/min,其成形高度和宽度均变小;随着焊接电流从90 A变为130 A以及层间停留时间从1 min变为5 min,其成形高度和宽度均变大。通过多层单道增材实验和尺寸预测模型可知,焊接电流与增材试样的宽度呈正相关,焊接速度与增材试样的高度和宽度皆呈负相关。结论 单层单道增材试样的熔宽主要受焊接电流的影响,而余高主要受焊接速...     

电弧增材制造成形工艺影响因素研究

采用Ti6321A焊丝进行电弧增材制造,研究了焊枪姿态和摆动参数等工艺因素对成形的影响。结果表明,不同的焊枪角度对增材制造焊缝堆焊成形形貌具有显著的影响,当焊枪姿态由推焊变化到拉焊时,焊缝熔宽减小,余高变高,即焊缝表面铺展能力减弱;焊缝熔深在焊枪垂直时达到最大值。焊枪摆动会使增材制造表面呈现纹路特征,纹路之间的宽度直接由摆长参数决定,摆宽对焊缝熔宽有显著影响,呈近似线性关系。     

基于BAS算法优化的电弧增材制造焊道尺寸预测

目的 为提高实际应用中电弧增材制造对工艺参数的选取效率及成形形貌的控制效果,建立高效且精准的成形尺寸预测模型,实现对焊道尺寸的合理预测。方法 在单层单道CMT电弧增材制造实验的基础上,建立基于天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search,BAS)优化BP神经网络的焊道尺寸预测模型,利用BAS算法实现对BP神经网络初始权值和阈值的优化,可以实现预测不同工艺参数(焊接速度、送丝速度、干伸长)下焊道的成形尺寸(熔宽、余高)。利用试验验证BAS-BP预测模型的性能,与现有模型进行对比,结果 结果表明该模型具有较高精度的预测效果,能够有效映射工艺参数与焊道尺寸之间的非线性关系,印证了该模型具有良好的拟合和泛化能力,同时其对焊道熔宽和余高的预测误差分别不超过0.2、0.12 mm,预测平均误差率均不超过6%,相对于其他预测模型表现出较好的准确性和稳定性。结论 BAS-BP神经网络预测模型的输出误差较小,网络训练收敛速度加快,避免了过拟合及欠拟合的风险,有效提高了预测模型的泛化能力和预测精度,可以实现一定工艺参数范围内的焊道尺寸预测,为后续电弧增材的实时预测及控制参数应用提供了技术支持。     

5A06铝合金TIG丝材-电弧增材制造工艺

选用Φ1.2mm的5A06铝焊丝为成形材料,研究TIG丝材-电弧增材制造工艺。以TIG焊机为电源(交流模式),以四轴联动数控机床为运动机构,研究单层和多层成形时预热温度和电流对成形形貌的影响,观察成形件微观组织,并测试其力学性能。建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规范带判据,以保证良好成形。结果表明:成形件的高度从第一层的3.4mm急剧下降,直到第8层后高度稳定在1.7mm。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶;层间结合处组织最粗大,为柱状树枝晶;顶部组织最细小,由细小的树枝晶转变为等轴晶。成形件的力学性能各向同性,抗拉强度为295MPa,伸长率为36%。     

不同工艺参数对高硬度铁粉等离子弧增材熔覆的影响

目的优化马氏体不锈钢等离子弧增材熔覆工艺。方法利用等离子热源在300M表面对新型高硬度铁粉的增材熔覆工艺进行研究。基于三因素三水平熔覆工艺的正交试验,研究在大温度梯度熔覆环境下,等离子弧电流、焊枪移动速度及送粉速率对单道金属熔池的非平衡凝固组织的影响机制,综合考虑单道焊道宏观形貌、成形尺寸及稀释率,确定增材熔敷的电流、焊枪移动速度及送粉速率;在此基础上,基于多道单层及单道多层熔覆的宏观形貌及拉伸性能,确定多道多层增材熔覆的搭接率及熔覆工艺。结果在电流为140～180 A、移动速度为20～30 cm/min和送粉速率为20～30 r/min的工艺窗口内,电流对焊道的稀释率有较大影响,送粉速率次之;送粉速率对高宽比的影响最大,扫描速度次之。结论当电流大小为140 A,送粉速率为30 r/min,扫描速率为30 cm/min时,单道单层焊道的稀释率及宽高比最小,热影响区晶粒尺寸较小,叠加率为40%时,熔覆层表面平整度较高。     

电流模式和焊接方向对316L不锈钢增材制造成形的影响研究

目的 研究电流模式和焊接方向对316L不锈钢增材制造成形、内部微观组织和硬度的影响。方法 保持其他焊接工艺参数不变,采用Pulse、SpeedPulse、SpeedPulseXT这3种电流模式及同向和往复2种焊接方向进行单道多层堆积,采用光学显微镜观察增材制造件的微观组织并用洛氏硬度计测量其硬度值。结果 采用不同电流模式和不同焊接方向会影响增材制造件的冷却速率和凝固方式,进而影响增材制造件的表面成形和力学性能。同方向焊接时,随着电流模式的改变,焊接热输入增大,液态金属的流动性和铺展行为逐渐增强,增材制造件的高度尺寸减小,宽度尺寸增大,熔合线处δ铁素体受冷却速率的影响由块状变为蠕虫状,Pulse模式存在元素偏析;往复方向焊接时,外形尺寸没有明显的变化,熔合线处δ铁素体以胞状和蠕虫状为主。硬度测试结果表明,SpeedPulse模式硬度变化最小,SpeedPulseXT模式次之,Pulse模式硬度变化最大。结论 采用MIG焊进行316L不锈钢增材制造时,不同电流模式会对增材件的成形、内部金相组织和硬度产生影响。采用同方向焊接比往复方向焊接对增材件形貌的影响更大。     

船用钢电弧增材制造的焊道尺寸预测

焊道的形貌尺寸直接影响电弧增材制造(WAAM)工件的成形精度。采用回归分析方法预测CMT焊道的宽度(W)和余高(H),结果表明,回归分析计算宽度和余高的绝对误差最大值分别为0.16 mm和0.17mm,均在误差可控范围之内,可以为船用高强钢CMT电弧增材制造工艺提供数据参考。另外,回归方程可有效预测单一参量对焊道尺寸的影响趋势。     

真空环境下TC4激光熔丝增材制造工艺实验研究

目的 针对TC4金属增材制造制备的零件质量差的问题,研究真空环境下不同工艺参数对TC4激光熔丝增材制造的影响规律。方法 通过单因素单道工艺实验,研究激光功率、扫描速度、送丝比等工艺参数对单道沉积层形貌、宽度和高度的影响。结果 当激光功率小于230 W时,得到的单道表面形貌较为良好,熔覆层与基板区域结合较好,而当激光功率大于230 W时,则会在初始段产生鱼鳞状缺陷。随着激光功率从150 W增大到230 W,单道截面宽度从0.582 mm增大到1.123 mm,增大了93.0%。单道截面高度从0.443 mm降低到0.351 mm,降低了20.8%。当扫描速度小于1.5 mm/s时,单道表面也出现了“鱼鳞”状结构,导致质量下降;当扫描速度从1 mm/s增大到5 mm/s时,单道横截面宽度从1.003 mm降低至0.887 mm,降低了11.6%,而单道横截面高度则从0.332 mm增大至0.353 mm,只增大了6.32%。在不同送丝比情况下,单道表面形貌都较为良好,且随着送丝比从1增大至3,单道沉积层的高度从0.308 mm增大至0.465 mm,增大了51.0%。结论 激光功率是影响单道沉积层表面形貌和横截面宽度的重要因素,而扫描速度对横截面宽度和高度的影响幅度都很小,其影响程度远不如激光功率显著,送丝比只对单道沉积层的高度影响显著。     

高温合金GH4169电子束熔丝增材制造工艺研究

目的 研究GH4169合金电子束熔丝增材制造过程中电子束流参数的选择方法及组织特征.方法 在其他工艺参数不变的条件下,分析电子束流的大小对单层成形形貌的影响,寻找最佳电子束流参数值;采用光学显微观察增材制造GH4169合金柱状晶组织.结果 获得了不同电子束流条件下,单熔覆层表面形貌、横截面形貌、熔覆宽度和高度数据,以及...     

基于逆向成形的电弧增材制造表面质量评价

目的 建立一种基于逆向成形的电弧增材制造表面质量评价方法,研究工艺参数对电弧增材表面质量的影响。方法 依据最小误差原则选用合适的函数建立理想模型,逆向成形各电弧增材试样并得到提取模型,比较提取模型与理想模型的差异,定量描述电弧增材试样表面的成形质量,分析电弧增材试样中缺陷出现的原因,评估各工艺参数对电弧增材试样表面质量的影响。结果 随着工艺参数的改变,电弧增材试样的宽度减小,高度增加,试样的标准偏差值在1.95～2.15之间,均平方根值在2.4～2.9之间。工艺参数经优化后,试样的标准偏差值和均方根值分别减小到1.738和1.878。结论 送丝速度和成形速度的匹配程度对电弧增材表面质量有较大影响,实际成形中出现的非理想情况在此方法的计算结果中均可得到反映,与实际成形情况较吻合。     

316L不锈钢电弧增材制造工艺研究

目的 研究电弧增材制造过程中焊接速度和层间冷却时间对成形件精度和力学性能的影响。方法 使用316L不锈钢焊丝在钢板上进行20层往复式堆积试验,设置了不同的焊枪运行速度和层间冷却时间,完成了4个金属薄壁墙体的制备,对沉积样品的形貌外观、显微组织、硬度和拉伸性能进行了研究。结果 4组试样的制备过程都比较稳定,表面成形良好,层与层结合较为平滑,层间分明,无裂纹、塌陷等缺陷出现。当层间冷却时间达到一定值时,熔池凝固,样品的成形精度和高度较为稳定。单位时间内加入熔池的金属质量和热输入均随着焊接速度的增大而减小,不同焊接速度下沉积样品的层高和层宽不同。由于焊接速度增大、热输入减小,试样的硬度略微增大,拉伸性能增强。沿薄壁件的构建方向,4组试样的维氏硬度曲线呈波浪形,从每个熔合层的底部到顶部逐渐降低。结论 增材制造工艺参数对产品的成形质量、显微组织和力学性能都有影响,在保证成形过程稳定的前提下,提高焊枪堆积速度能提高产品的力学性能。     

Investigating effects of resistance wire heating on AISI 1023 weldment characteristics during ASAW

In this article, effects of advanced submerged arc welding process parameters on weld bead geometry have been investigated. A novel water-cooled torch has been developed which allow a use of higher preheat current values for a continuous advanced submerged arc welding (ASAW) operation. Weld beads have been deposited on AISI 1023 steel plates by varying open circuit voltage, wire feed rate, welding speed, nozzle to plate distance, and preheat current as per central composite design. The relationships between welding parameters and weldment characteristics namely bead width, penetration, reinforcement, and dilution have been developed using multiple linear regression. The effects of individual process parameters and their interactions on response parameters were examined. Finally, single and multiobjective optimization of process parameters were performed using desirability approach and Jaya algorithm. The results reveal that a smaller bead width and lower dilution can be achieved with the developed torch by allowing the use of higher preheat current values.     

Optimization of Plasma Arc Welding Parameters by Using the Taguchi Method with the Grey Relational Analysis

The optimal parameters process of plasma arc welding (PAW) by the Taguchi method with Grey relational analysis is studied. The Grey relational grade is used to find optimal PAW parameters with multiple response performance characteristics. The welding parameters (welding current, welding speed, plasma gas flow rate, and torch stand-off) are optimized with consideration of the multiple response performance characteristics (the penetration of root, the weld groove width, and the weld pool undercut). As a result, the improvement percentage of the Grey relational grade with the multiple performance characteristics is 31.8%. It is shown that the multiple response performance characteristics are greatly improved through this study.     

工艺参数对机器人电弧增材制造成形的影响研究

目的 提高电弧增材制造质量,获得更好的参数匹配。方法 研究机器人焊接速度和层间冷却时间变化对增材件形貌、熔宽、余高的影响规律。选取焊接速度为30 cm/min和40 cm/min,层间冷却时间为30 s和40 s,进行两变量两个水平的全面实验。利用机器人电弧增材制造技术在5 mm厚的316L不锈钢板上进行20层的堆积;在焊道上均匀选取6个点,测得总高、熔宽和余高数据。在此基础上,分析增材件总体形貌及熔宽、余高的变化规律。结果 发现当层间冷却时间达到一定值后,熔池已凝固且温度较低,熔宽、余高变化不大。随着焊接速度提升,熔池单位时间内熔化的金属量锐减,引起增材件熔宽、余高缩小。结论 改变焊接速度对增材件形貌的影响更为明显,层间冷却时间达到一定值后,层间温度不再发生变化,形貌变化不大。     

Neural Network Modeling and System Simulating for the Dynamic Process of Varied Gap Pulsed GTAW with Wire Filler

As the base of the research work on the weld shape control during pulsed gas tungsten arc welding (GTAW) with wire filler, this paper addressed the modeling of the dynamic welding process. Topside length Lt, maximum width Wt and half-length ratio Rh1 were selected to depict topside weld pool shape, and were measured on-line by vision sensing. A dynamic neural network model was constructed to predict the usually unmeasured backside width and topside height of the weld through topside shape parameters and welding parameters. The inputs of the model were the welding parameters (peak current, pulse duty ratio, welding speed, filler rate), the joint gap, the topside pool shape parameters (Lt, Wt, and Rh1), and their history values at two former pulse, a total of 24 numbers. The validating experiment results proved that the artificial neural network (ANN) model had high precision and could be used in process control. At last, with the developed dynamic model, steady and dynamic behavior was analyzed by simulation experiments, which discovered the variation rules of weld pool shape parameters under different welding parameters, and further knew well the characteristic of the welding process.     

V型坡口多层多道焊焊道几何参数预测

中厚板V型坡口多层多道焊焊接过程中,每一条焊道的几何参数都会影响最终焊缝成形质量。为了评估V型坡口多层多道焊缝成形质量,提出了基于麻雀搜索算法(SSA)优化的BP神经网络模型预测焊道几何参数。文中通过实验分析各焊接工艺参数对焊道成形几何尺寸的影响,确定了以焊接电流、焊接速度、熔池宽度作为模型的输入,将能表征焊道质量的焊道高度和焊道计算高度作为模型的输出。对优化前后BP神经网络预测模型的性能进行对比,结果表明,优化后模型预测结果的相对误差分别保持在±4%、±8%以内,模型的稳定性、准确率都有较大提升,证明了该方法可有效预测V型坡口焊接时的焊道几何参数。     

电弧增材制造AZ31镁合金组织与力学性能分析

针对镁合金在轻量化结构件领域的应用前景,采用基于MIG焊的电弧增材制造工艺开展了两组不同路径的AZ31镁合金增材实验,并对其微观组织和力学性能进行了分析。结果表明：增材构件相较于原始焊丝的化学成分无较大变化;单道次多层往复堆积路径相较于多道次多层堆积路径,更易制得表面更为平整,内部更为致密的构件,其屈服强度为77.3 MPa,抗拉强度为235 MPa,达到原始焊丝75%的力学性能水平,平均显微硬度为52.7HV,断后伸长率最高达到了27%;增材构件拉伸断裂方式为韧性断裂,并在多道次多层往复堆积构件断口处发现其内部存在气孔。验证了电弧增材制造AZ31镁合金工艺的可行性。