铝/钢结构增材连接界面行为及磁场作用机制研究
发布时间：2021-10-24 04:22
铝/钢连接结构具有质量轻、强度高以及良好的导热导电性能,因此在航天、汽车等工业部门有很多潜在的应用。但是,目前有关铝/钢连接的方法多局限于规则的板材结构,难以实现具有复杂结构的铝/钢实际应用部件的连接。本文则主要基于增材制造的思想,采用电弧增材制造的方式研究了任意形状铝/钢结构的直接制造方法,并对外加磁场和引入夹层体系下的增材结构界面连接行为进行了系统的研究。文中首先进行了电弧增材制造系统的搭建工作。采用冷金属过渡焊接电源和六轴串联机器人手臂作为硬件执行机构,并基于MATLAB软件编写了适用于电弧增材制造的切片算法和轨迹规划方式,同时实现了与机器人汇编语言的转换通讯。通过对指定模型结构的增材制造实际验证,所搭建的电弧增材制造系统可以完好实现模型结构的增材制造功能,制造件表面及外轮廓成形平整、连续。通过对单道焊缝成形特征的研究,获得了铝合金、不锈钢材料电弧增材制造的最佳成形工艺范围。同时,为了进一步提高电弧增材制造的表面成形精度,建立了电弧增材制造中多层多道相邻焊缝的位置关系数学模型。通过对指定工艺参数下单道焊缝外轮廓形貌函数的精确提取,计算得到了相邻焊缝之间的最佳横向偏移量和层间提升高...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
路径优化和预热处理对增材制造部件成形精度的影响
图 1-4 微束和铣削-制造一体式增材制造方法a) 微束等离子弧增材制造, b) 铣削-电弧增材协同制造方法, c) 微 TIG 电弧增材制Fig. 1-4 Micro-beam and milling-facture collaborated additive manufacturinga) Micro-plasma additive manufacturing, b) Collaborative manufacturing of milling and arcweld additive manufacturing, c) Micro-TIG additive manufacturing此外，国内学者在如何提高电弧增材的成形精度上做了大量的研究工作安交通大学胡晓东[53]等研究了等离子弧增材制造技术，通过设计具有反馈的跟随式水冷系统，减少了电弧增材过程中由于热量累积导致的熔敷金属、变形现象，从而提高了成形件的精度。天津大学杜乃成[54]等在铝合金 M材制造中，采用红外测温的方式控制层间和道间的温度，实现了对单道单缝尺寸的优化。装甲兵工程学院孟凡军[55]等在研究等离子弧增材制造中，引入成形因子 λ 来获得最优的成形参数。哈尔滨工业大学熊俊[56]等采用二归旋转组合设计的方法建立了熔敷工艺参数与熔敷层尺寸的模型关系，并激光视觉传感系统对多层单道表面质量的测量，建立成形件表面质量评价。在电弧增材制造的微观组织和力学性能方面，美国南卫理公会大学 wang[研究 4043 铝合金 VP-GTAW 制造，指出在金属沉积层的顶部由细小的树枝
图 1-5 电弧增材制造不同位置处的微观组织形貌Fig. 1-5 Microstructure of additive manufacturing parts in different position克兰菲尔德大学 wang[59]等研究了 P-GTAW 逐层制造 Ti6Al4V 合金的，发现在一定的热输入下，送丝速度的调节对初生 β 晶粒具有明显的，额外的焊丝送给会提供更多的异质形核核心，此外液固界面前沿还的温度梯度，从而抑制了柱状晶的生长，如图 1-6 所示。比利时天主学 Baufeld[60]等研究 Ti-6Al-4V 合金的 TIG 增材制造，指出零件在平行和垂直于成形方向存在各项异性，相比之下，垂直于成形方向的试样度略低，但具有更高的延伸率。随后其又从航天材料应用的角度评估了钛合金材料的力学性能，发现金属沉积过程参数、沉积方向和焊前基零件的力学性能影响很大，并指出焊后热处理可以提高试件的强度和
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[2]3D打印技术对核电设计与制造影响的基本思考[J]. 赵飞云,贺小明,王煦嘉,刘勇胜. 机械设计与研究. 2016(01)
[3]金属材料增材制造技术[J]. 黄春平,黄硕文,刘奋成. 金属加工(热加工). 2016(02)
[4]金属增材制造技术在航空发动机领域的应用[J]. 张小伟. 航空动力学报. 2016(01)
[5]电弧增材制造研究现状及在航空制造中应用前景[J]. 熊江涛,耿海滨,林鑫,黄丹,李京龙,张赋升. 航空制造技术. 2015(Z2)
[6]电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望[J]. 熊俊,薛永刚,陈辉,张卫华. 电焊机. 2015(09)
[7]焊接快速成形技术的发展现状[J]. 徐辉丽,陈希章,徐桂芳,桑静. 材料导报. 2015(11)
[8]增材制造技术在汽车发动机方面的应用[J]. 祝天安,添玉,李国伟,张卫国,宓为建. 装备制造技术. 2015(04)
[9]电子束选区熔化成形技术研究进展[J]. 汤慧萍,王建,逯圣路,杨广宇. 中国材料进展. 2015(03)
[10]增材制造技术在模具制造中的应用研究[J]. 洪奕,高鹏. 模具工业. 2015(02)
博士论文
[1]多层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D]. 熊俊.哈尔滨工业大学 2014
[2]面向快速成型的设备控制、工艺优化及成型仿真研究[D]. 刘杰.华南理工大学 2012
[3]外加电磁场控制焊接变形及冷裂纹研究[D]. 徐达.哈尔滨工业大学 2011
[4]快速成形工艺软件的若干关键技术研究[D]. 刘冰.华中科技大学 2009
[5]Ti/Al异种合金激光熔钎焊工艺与连接机理[D]. 陈树海.哈尔滨工业大学 2009
[6]弧焊机器人金属快速成形研究[D]. 杜乃成.天津大学 2009
[7]基于激光熔覆的三维金属零件激光直接制造技术研究[D]. 李鹏.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]外加纵向磁场作用下TIG焊熔池温度场和流动的数值模拟[D]. 王聪.重庆大学 2014
[2]磁场作用下镁合金焊接性的研究[D]. 贾华.沈阳工业大学 2010
[3]纵向磁场作用下铝合金MIG焊接实验研究及数值模拟[D]. 车小平.沈阳工业大学 2007
[4]镍基堆焊合金在逆变交流纵向磁控下组织性能的研究[D]. 刘长军.沈阳工业大学 2005
本文编号：3454566
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
路径优化和预热处理对增材制造部件成形精度的影响
图 1-4 微束和铣削-制造一体式增材制造方法a) 微束等离子弧增材制造, b) 铣削-电弧增材协同制造方法, c) 微 TIG 电弧增材制Fig. 1-4 Micro-beam and milling-facture collaborated additive manufacturinga) Micro-plasma additive manufacturing, b) Collaborative manufacturing of milling and arcweld additive manufacturing, c) Micro-TIG additive manufacturing此外，国内学者在如何提高电弧增材的成形精度上做了大量的研究工作安交通大学胡晓东[53]等研究了等离子弧增材制造技术，通过设计具有反馈的跟随式水冷系统，减少了电弧增材过程中由于热量累积导致的熔敷金属、变形现象，从而提高了成形件的精度。天津大学杜乃成[54]等在铝合金 M材制造中，采用红外测温的方式控制层间和道间的温度，实现了对单道单缝尺寸的优化。装甲兵工程学院孟凡军[55]等在研究等离子弧增材制造中，引入成形因子 λ 来获得最优的成形参数。哈尔滨工业大学熊俊[56]等采用二归旋转组合设计的方法建立了熔敷工艺参数与熔敷层尺寸的模型关系，并激光视觉传感系统对多层单道表面质量的测量，建立成形件表面质量评价。在电弧增材制造的微观组织和力学性能方面，美国南卫理公会大学 wang[研究 4043 铝合金 VP-GTAW 制造，指出在金属沉积层的顶部由细小的树枝
图 1-5 电弧增材制造不同位置处的微观组织形貌Fig. 1-5 Microstructure of additive manufacturing parts in different position克兰菲尔德大学 wang[59]等研究了 P-GTAW 逐层制造 Ti6Al4V 合金的，发现在一定的热输入下，送丝速度的调节对初生 β 晶粒具有明显的，额外的焊丝送给会提供更多的异质形核核心，此外液固界面前沿还的温度梯度，从而抑制了柱状晶的生长，如图 1-6 所示。比利时天主学 Baufeld[60]等研究 Ti-6Al-4V 合金的 TIG 增材制造，指出零件在平行和垂直于成形方向存在各项异性，相比之下，垂直于成形方向的试样度略低，但具有更高的延伸率。随后其又从航天材料应用的角度评估了钛合金材料的力学性能，发现金属沉积过程参数、沉积方向和焊前基零件的力学性能影响很大，并指出焊后热处理可以提高试件的强度和
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
[2]3D打印技术对核电设计与制造影响的基本思考[J]. 赵飞云,贺小明,王煦嘉,刘勇胜. 机械设计与研究. 2016(01)
[3]金属材料增材制造技术[J]. 黄春平,黄硕文,刘奋成. 金属加工(热加工). 2016(02)
[4]金属增材制造技术在航空发动机领域的应用[J]. 张小伟. 航空动力学报. 2016(01)
[5]电弧增材制造研究现状及在航空制造中应用前景[J]. 熊江涛,耿海滨,林鑫,黄丹,李京龙,张赋升. 航空制造技术. 2015(Z2)
[6]电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望[J]. 熊俊,薛永刚,陈辉,张卫华. 电焊机. 2015(09)
[7]焊接快速成形技术的发展现状[J]. 徐辉丽,陈希章,徐桂芳,桑静. 材料导报. 2015(11)
[8]增材制造技术在汽车发动机方面的应用[J]. 祝天安,添玉,李国伟,张卫国,宓为建. 装备制造技术. 2015(04)
[9]电子束选区熔化成形技术研究进展[J]. 汤慧萍,王建,逯圣路,杨广宇. 中国材料进展. 2015(03)
[10]增材制造技术在模具制造中的应用研究[J]. 洪奕,高鹏. 模具工业. 2015(02)
博士论文
[1]多层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D]. 熊俊.哈尔滨工业大学 2014
[2]面向快速成型的设备控制、工艺优化及成型仿真研究[D]. 刘杰.华南理工大学 2012
[3]外加电磁场控制焊接变形及冷裂纹研究[D]. 徐达.哈尔滨工业大学 2011
[4]快速成形工艺软件的若干关键技术研究[D]. 刘冰.华中科技大学 2009
[5]Ti/Al异种合金激光熔钎焊工艺与连接机理[D]. 陈树海.哈尔滨工业大学 2009
[6]弧焊机器人金属快速成形研究[D]. 杜乃成.天津大学 2009
[7]基于激光熔覆的三维金属零件激光直接制造技术研究[D]. 李鹏.华中科技大学 2005
硕士论文
[1]外加纵向磁场作用下TIG焊熔池温度场和流动的数值模拟[D]. 王聪.重庆大学 2014
[2]磁场作用下镁合金焊接性的研究[D]. 贾华.沈阳工业大学 2010
[3]纵向磁场作用下铝合金MIG焊接实验研究及数值模拟[D]. 车小平.沈阳工业大学 2007
[4]镍基堆焊合金在逆变交流纵向磁控下组织性能的研究[D]. 刘长军.沈阳工业大学 2005
本文编号：3454566
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