基于多传感复合的电弧增材制造在线监测系统研究

发布时间：2020-05-15 02:32

【摘要】：随着金属增材制造技术的发展,电弧增材制造技术作为新的成型工艺引起了越来越多的研究机构的关注,而电弧增材制造的过程监控是提高电弧增材制造质量和提高良品率的重要手段。为此,本论文搭建一套基于红外视觉和电流电压信号的电弧增材制造过程监测系统,通过实验采集了三种电弧增材制造缺陷过程的红外图像和电流电压信号,分别研究了红外图像特征和电流电压信号特征,并根据特征设计了对应的缺陷识别算法,从而为电弧增材制造提供一种多传感复合在线监测途径。本论文的主要研究结论包括:(1)选用波长为7.5~13μm的红外热像仪、霍尔电流传感器和霍尔电压传感器,根据GMAW电弧堆焊增材制造特点,设计并搭建复合红外热场及电场信息的在线监测系统,实现电弧增材制造过程红外图像和电流电压信号的在线监测。(2)设计三组对比试验,并按照实验设计进行电弧增材制造实验,实验中成功的“制造”出了三种典型的电弧增材制造缺陷,采集到过程中的红外图像和电流电压信号。(3)通过3组对比实验成功采集到缺陷产生过程信号。对不连续、塌陷和气孔三种缺陷过程采集到的红外图像和电流电压信号进行了详细的特征分析,归纳了每种缺陷产生时对应的相应特征,为实现缺陷识别算法的设计奠定了基础。(4)采用OpenCV视觉库和函数,依据缺陷的相应特征,分别设计了相应的缺陷识别算法,能够实现不连续、塌陷和气孔三种缺陷的识别。(5)基于WPF(Windows Presentation Foundation)框架开发了电弧增材制造多传感在线监测系统软件,软甲界面友好,实现对增材制造过程红外图像和电流电压信号的实时检测,实时记录电弧增材制造全过程,并对过程中的3种典型缺陷进行识别。
【图文】：

智能制造,金属容器,金属构件,堆焊

3华中科技大学硕士学位论文图1-1 手工电弧堆焊制造金属容器当然从现代智能制造的角度说来，这样用手工方式堆焊出来的金属构件跟“数字化”“智能制造”是完全不搭边的，但这种思想方法确实是为我们进行大尺寸金属零部件的堆积成形提供了一个非常新颖的思路。很早开始就有学者将电弧增材制造作为一种零件的制造方式进行了探索。最早在 1983 年的时候，一名德国的工程师就已经尝试过利用埋弧焊的工艺[9]，逐层进行了堆焊，创造性的制造出了一个圆柱形金属容器，尺寸非常大，总重量接近了 79 吨之多，成型制造出的零件具有良好的抗拉强度、屈服强度和韧性。随后在 1998 年，英国诺丁汉大学的 Spencer 等人则创造性的利用焊接机器人

回转体零件,电弧,熔化极气体保护焊

图 1-2 GMAW 电弧增材制造成型回转体零件现在国内外研究较多的电弧增材制造的方式主要有熔化极气体保护焊（Getal Arc Welding，GMAW）和非熔化极气体保护焊（Tungsten Inert Gas WeldinIG）两种方式。）熔化极气体保护焊（GMAW）电弧增材制造技术熔化极气体保护焊（GMAW）电弧增材制造技术又分为熔化极惰性气体保护MIG，:MetalInert-gasWelding）和熔化极活性气体保护焊（MAG，MetalActivercWelding），两种方式都是在制造时电极不融化，利用电极和母材导通时击穿空生的电弧作为热源将金属丝材熔化，作为熔覆材料，随后熔覆层快速冷却凝固形覆层。而二者的区别仅在于过程中使用的保护气体不同，，一种是惰性气体，通常r 气体、He 气体；另一种则是混合了活性气体，通常是 CO2和 Ar 的混合气体。电弧增材制造方式基本能够适用于所有的金属材料，同时负载持续率高，熔覆的比较高。但是电弧的稳定性相对较差，容易受到影响导致参数的变化，因此成型
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG444

【参考文献】