高温合金结构件电弧增材成形质量研究
发布时间：2021-01-12 21:52
高温合金以其耐高温、抗腐蚀以及抗蠕变等优良性能广泛应用于工业领域,但传统加工方法存在效率低成本高等问题,限制了其进一步发展。电弧增材制造不仅成形效率高、材料利用率高,而且具有成形路径受限小、尺寸范围大等优势。高温合金增材成形结构件的组织性能是影响其在工程应用的关键因素,因此本文研究了GH4169镍基高温合金TIG电弧增材成形质量。通过扫描仪测量了堆焊层轮廓,对焊道模型进行简化拟合后建立了电弧增材单道熔覆和多层堆积的数学模型。基于JmatPro软件模拟计算出材料在高温条件下的热物理参数,借助ANSYS参数化语言APDL,采用生死单元法实现了电弧增材过程动态仿真。模拟了单道熔覆时的温度场变化规律并通过实验对比验证,在此基础上进行多层堆积模拟仿真,分析多层堆积过程中温度场变化规律以及基板对焊道散热的作用。研究了不同增材工艺参数对镍基高温合金宏观成形质量的影响。首先通过正交试验探究了镍基高温合金单道熔覆时稳定成形的工艺参数范围,接着探究了焊接电流、焊接速度以及送丝速度等工艺参数对焊道熔宽和余高的影响,采用多元非线性回归分析建立了增材参数与焊道熔宽以及余高的数学关系模型。在多层堆积过程中,研究了...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
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江南大学硕士学位论文10257.820.4647.048.350.4413.42007.760.5344.188.290.4814.84007.700.6239.078.210.4917.98007.610.6026.518.010.6223.612007.400.6631.327.800.7130.616006.880.831407.340.7514020006.540.832006.980.762402.2.2增材模型的建立电弧增材制造是一个涉及电尝热尝流尝力场等多方面因素的非线性热传递过程，为了计算方便有必要对求解问题进行一些假设，忽略对结果影响较小的因素，简化模型提高计算效率。模型的基本假设主要有：(1)假设熔池和电弧呈轴对称分布；(2)假设焊接系统周围空气温度稳定；(3)假设焊接系统输出功率稳定，焊接过程平稳进行；(4)忽略电磁作用对焊接过程中温度场变化的影响；(5)忽略电弧压力和熔池流场作用；(6)忽略基板与工作台之间的热传递。对于有限元分析模型的建立要符合实际增材情况，在不影响分析目的的基础上，可以适当对实际模型进行简化，忽略影响较小的因素，如图2-1为单层单道熔覆层的表面形貌。实验过程中的工艺参数选择为焊接电流170A、焊速180mm/min、送丝速度800mm/min，起弧高度4mm、保护气流量15L/min。材料选取直径为1.6mm的GH4169镍基高温合金焊丝，在尺寸为240×240×15mm的45钢基板中间熔覆60mm长的焊道，实验前使用丙酮擦拭基板表面去除油污。图2-1单层单道熔覆层图2-2焊道截面形状图2-3焊道截面简化模型采用扫描精度为0.03mm的handyscan700扫描仪对焊道与基板进行轮廓扫描，将扫描数据导入到GeomagicStudio软件中，选取焊道中间稳定成形区域截取焊道截面，将焊道截面点云数据导入到CAD中得到焊道截面形状如图2-2所示。由图2-2可知焊道
江南大学硕士学位论文10257.820.4647.048.350.4413.42007.760.5344.188.290.4814.84007.700.6239.078.210.4917.98007.610.6026.518.010.6223.612007.400.6631.327.800.7130.616006.880.831407.340.7514020006.540.832006.980.762402.2.2增材模型的建立电弧增材制造是一个涉及电尝热尝流尝力场等多方面因素的非线性热传递过程，为了计算方便有必要对求解问题进行一些假设，忽略对结果影响较小的因素，简化模型提高计算效率。模型的基本假设主要有：(1)假设熔池和电弧呈轴对称分布；(2)假设焊接系统周围空气温度稳定；(3)假设焊接系统输出功率稳定，焊接过程平稳进行；(4)忽略电磁作用对焊接过程中温度场变化的影响；(5)忽略电弧压力和熔池流场作用；(6)忽略基板与工作台之间的热传递。对于有限元分析模型的建立要符合实际增材情况，在不影响分析目的的基础上，可以适当对实际模型进行简化，忽略影响较小的因素，如图2-1为单层单道熔覆层的表面形貌。实验过程中的工艺参数选择为焊接电流170A、焊速180mm/min、送丝速度800mm/min，起弧高度4mm、保护气流量15L/min。材料选取直径为1.6mm的GH4169镍基高温合金焊丝，在尺寸为240×240×15mm的45钢基板中间熔覆60mm长的焊道，实验前使用丙酮擦拭基板表面去除油污。图2-1单层单道熔覆层图2-2焊道截面形状图2-3焊道截面简化模型采用扫描精度为0.03mm的handyscan700扫描仪对焊道与基板进行轮廓扫描，将扫描数据导入到GeomagicStudio软件中，选取焊道中间稳定成形区域截取焊道截面，将焊道截面点云数据导入到CAD中得到焊道截面形状如图2-2所示。由图2-2可知焊道
【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]316不锈钢TIG电弧增材制造工艺及性能研究[D]. 张炼.大连理工大学 2019
[2]面向熔焊3D打印与铣削复合制造的CAM技术研究[D]. 范伟.南京航空航天大学 2019
[3]基于CMT的不锈钢电弧增材制造温度场、应力场及成型工艺研究[D]. 杨罗扬.南京理工大学 2017
[4]Al-Mg铝合金双脉冲电弧增材制造技术及工艺研究[D]. 何磊.南京理工大学 2017
本文编号：2973613
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
整体叶盘
江南大学硕士学位论文10257.820.4647.048.350.4413.42007.760.5344.188.290.4814.84007.700.6239.078.210.4917.98007.610.6026.518.010.6223.612007.400.6631.327.800.7130.616006.880.831407.340.7514020006.540.832006.980.762402.2.2增材模型的建立电弧增材制造是一个涉及电尝热尝流尝力场等多方面因素的非线性热传递过程，为了计算方便有必要对求解问题进行一些假设，忽略对结果影响较小的因素，简化模型提高计算效率。模型的基本假设主要有：(1)假设熔池和电弧呈轴对称分布；(2)假设焊接系统周围空气温度稳定；(3)假设焊接系统输出功率稳定，焊接过程平稳进行；(4)忽略电磁作用对焊接过程中温度场变化的影响；(5)忽略电弧压力和熔池流场作用；(6)忽略基板与工作台之间的热传递。对于有限元分析模型的建立要符合实际增材情况，在不影响分析目的的基础上，可以适当对实际模型进行简化，忽略影响较小的因素，如图2-1为单层单道熔覆层的表面形貌。实验过程中的工艺参数选择为焊接电流170A、焊速180mm/min、送丝速度800mm/min，起弧高度4mm、保护气流量15L/min。材料选取直径为1.6mm的GH4169镍基高温合金焊丝，在尺寸为240×240×15mm的45钢基板中间熔覆60mm长的焊道，实验前使用丙酮擦拭基板表面去除油污。图2-1单层单道熔覆层图2-2焊道截面形状图2-3焊道截面简化模型采用扫描精度为0.03mm的handyscan700扫描仪对焊道与基板进行轮廓扫描，将扫描数据导入到GeomagicStudio软件中，选取焊道中间稳定成形区域截取焊道截面，将焊道截面点云数据导入到CAD中得到焊道截面形状如图2-2所示。由图2-2可知焊道
江南大学硕士学位论文10257.820.4647.048.350.4413.42007.760.5344.188.290.4814.84007.700.6239.078.210.4917.98007.610.6026.518.010.6223.612007.400.6631.327.800.7130.616006.880.831407.340.7514020006.540.832006.980.762402.2.2增材模型的建立电弧增材制造是一个涉及电尝热尝流尝力场等多方面因素的非线性热传递过程，为了计算方便有必要对求解问题进行一些假设，忽略对结果影响较小的因素，简化模型提高计算效率。模型的基本假设主要有：(1)假设熔池和电弧呈轴对称分布；(2)假设焊接系统周围空气温度稳定；(3)假设焊接系统输出功率稳定，焊接过程平稳进行；(4)忽略电磁作用对焊接过程中温度场变化的影响；(5)忽略电弧压力和熔池流场作用；(6)忽略基板与工作台之间的热传递。对于有限元分析模型的建立要符合实际增材情况，在不影响分析目的的基础上，可以适当对实际模型进行简化，忽略影响较小的因素，如图2-1为单层单道熔覆层的表面形貌。实验过程中的工艺参数选择为焊接电流170A、焊速180mm/min、送丝速度800mm/min，起弧高度4mm、保护气流量15L/min。材料选取直径为1.6mm的GH4169镍基高温合金焊丝，在尺寸为240×240×15mm的45钢基板中间熔覆60mm长的焊道，实验前使用丙酮擦拭基板表面去除油污。图2-1单层单道熔覆层图2-2焊道截面形状图2-3焊道截面简化模型采用扫描精度为0.03mm的handyscan700扫描仪对焊道与基板进行轮廓扫描，将扫描数据导入到GeomagicStudio软件中，选取焊道中间稳定成形区域截取焊道截面，将焊道截面点云数据导入到CAD中得到焊道截面形状如图2-2所示。由图2-2可知焊道
【参考文献】：
期刊论文
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[4]电弧与机械加工集成的增/减材复合成型系统的研发[J]. 陈森昌,张李超,史玉升,张平,王红云,贾和平. 电焊机. 2018(10)
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[8]典型TC4框类结构TIG电弧增材制造工艺研究[J]. 马倩,马树元,刘长猛,陈广森. 热加工工艺. 2018(01)
[9]激光冲击强化对电弧增材2319铝合金微观组织及残余应力的影响[J]. 孙汝剑,朱颖,李刘合,郭伟,彭鹏. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[10]保护气对焊接电弧行为与热输出特性的影响[J]. 陈树君,闫朝阳,蒋凡,张洪玮. 焊接. 2017(11)
硕士论文
[1]316不锈钢TIG电弧增材制造工艺及性能研究[D]. 张炼.大连理工大学 2019
[2]面向熔焊3D打印与铣削复合制造的CAM技术研究[D]. 范伟.南京航空航天大学 2019
[3]基于CMT的不锈钢电弧增材制造温度场、应力场及成型工艺研究[D]. 杨罗扬.南京理工大学 2017
[4]Al-Mg铝合金双脉冲电弧增材制造技术及工艺研究[D]. 何磊.南京理工大学 2017
本文编号：2973613
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