MAG熔敷成形轮廓精度规律研究及实现

• 作 者: 杨润青
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2019年09期
• 关键词: 成形轮廓精度 工艺参数 成形形貌 几何模型 多层熔敷优化

金属增材制造技术具有自动化程度高、可操作性强、成形质量良好等特点,广泛应用于定制化金属工件的制备和修复等领域。在金属增材制造中,与激光束和电子束等热源相比,电弧热源具有设备成本低、成形效率高等显著优势。本文针对熔化极活性气体保护焊(Metal Active Gas Arc Welding,MAG)在增材制造中的成形尺寸和形貌特征展开研究,以提高成形轮廓精度为目标,为MAG增材制造提供了必要的尺寸变化规律和轮廓几何模型。首先,对单层单道熔敷形貌在不同工艺参数下进行探索试验,得到具有良好成形形貌的工艺参数区间。在该区间内,利用外切中心复合设计的方法建立了工艺参数与熔敷余高和熔宽的响应面模型。研究了堆积速度、电弧电压和送丝速度对余高和熔宽的影响,进一步分析了工艺参数的交互项对余高和熔宽的影响,为不同成形尺寸得到最佳工艺参数组合提供了依据。之后,研究了单层单道熔敷的成形形貌。在工艺试验的基础上,由等体积法确定了单层单道熔敷截面的几何模型,并通过测量进行验证。为了提高单层多道搭接熔敷的表面平整度,总结并分析了目前已提出的搭接模型;针对熔敷过程中熔融金属在液-气表面张力作用下的自动收缩特性,提出了抛物线搭接模型,并计算了两相邻成形轮廓的临界中心距;分析了不同中心距的搭接形貌,并通过测量对比验证了搭接模型的可靠性。接着,针对起弧端高、熄弧端低的特点,确定了起、熄弧端交错分布的熔敷方式。为了降低多层熔敷高度累积误差对侧壁成形形貌的影响,建立了基于径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBF)的多层单道熔敷层高预测模型,预测结果可作为优化焊枪层间抬升高度的重要依据。最后,在中心距为临界值的单层多道熔敷基础上,建立了多层多道熔敷截面几何模型;在工艺参数不变的条件下,分析了成形形貌不理想的主要原因,并提出了相应的优化策略;对长方体模型进行了熔敷试验,验证了几何模型及优化策略的可靠性。