等离子弧增材制造过程监测与弧长预测方法研究
发布时间：2020-08-15 23:35
【摘要】：等离子电弧增材制造工艺具备电弧稳定性高、能量密度集中的优点,常用来制造大型金属构件。但是在实际应用过程中,由于堆敷层高度的变化,使得弧长变化难以恒定,同时工艺参数的变化,也会影响增材制造过程的稳定性。因此本文针对等离子电弧机器人自动增材制造过程,设计了等离子自动增材制造过程监测系统,并对增材制造过程中弧长的变化进行预测,为在线校正电弧长度奠定基础。首先进行了等离子电弧增材制造监控系统设计与研发。开发了电参数和温度信息采集模块,设计调试了信号调理电路和保护电路,并将其与移动触摸式一体机集成,形成了移动触摸式等离子电弧增材制造监控硬件装置。然后针对等离子电弧增材制造的特点,编制了电参数和温度信息采集模块、数据分析、数据处理和数据存储及回显模块,形成移动触摸式等离子电弧增材制造监控软件系统,实现了等离子电弧增材过程多种参数的在线监测。然后试验研究了等离子弧增材制造工艺参数对弧长的影响的规律。主要是以堆敷电压、堆敷电流、离子气流量3个参量,进行大量工艺试验。采集试验过程中各个参量,并且分析处理,获取堆敷电压、堆敷电流、离子气流量对弧长的影响规律,为建立人工神经网络的弧长预测模型的研究奠定基础接着为了实现预测堆敷过程中弧长,采用Matlab软件建立BP神经网络模型。BP神经网络模型以堆敷电流、电弧电压、离子气流量等三个特征参数作为输入层,弧长作为输出层。中间层采用不同的神经元数量对弧长预测精度进行训练,分析了神经元数量对弧长预测精度的影响。训练结果表明,当BP神经网络的中间层神经元数量为7时,其预测精度较高,其平均准确率达到89.42%。进一步利用所设计的移动触摸式等离子电弧增材制造监控系统,包括所建立的BP神经网络模型,对等离子弧增材制造工艺过程进行了监测,并对增材制造过程中的弧长变化进行验证试验。系统运行结果表明,该系统可以对等离子弧增材制造工艺的电参数和温度参数进行实时检测,同时也可以实时预测单道堆敷的实时弧长的变化。最后对弧长的控制方法进行了初步研究。控制模型以弧长偏差和偏差变化率为输入量,具体是以神经网络模型实时预测出的弧长为反馈量,以表征弧长调整量的电压模拟量为输出量建立了双输入单输出的二维模糊控制器的基本模型。研究时采用Matlab软件,通过模糊化、模糊推理、解模糊的处理过程,建立等离子弧增材制造弧长预测的模糊控制规则表。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.2
【图文】：
研宄单层以及多层成形时预热温度和电流等因素对零件成形质量的影响，观逡逑察成形件微观组织，并测试其力学性能，其５Ａ０６铝合金成形件不同位置的组织形貌如逡逑图１．１所示。为保证良好的成型，建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规逡逑范带判据。结果表明：成形件的第一层的高度为３．４ｍｍ，接下来急剧下降，直到第８层逡逑后高度稳定在１．７ｍｍ左右。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶；层间结合为柱状树枝逡逑晶；顶部组织为等轴晶，因此组织最为细密。成形件的抗拉强度为２９５ＭＰａ，伸长率为逡逑３６°／。，在力学性能表现出各向同性。逡逑ｉ）＝塌二」逡逑Ｉ－—逡逑柋，：：①：Ｊ逡逑图１．１邋５Ａ０６铝合金成形件不同位置的组织形貌［｜％邋（ａ）层与层之间；（ｂ）层间及结合处：（ｃ）邋Ｉ逡逑区域放大组织；（ｄ）丨丨区域放大组织：（ｅ）邋１１１区域放大组织逡逑Ｃｈｅｎ邋Ｓｈｅｎ等人［｜｜】在采用丝材——电弧增材制造方法制造富铁的Ｆｅ－Ａｌ金属间化合逡逑物。在该试验中，搭建了电弧增材制造系统，并且用来制备富含铁的Ｆｅ－Ａｌ金属间化合逡逑物，同时该合金需要具有２５％的铝原子含量，其丝材——电弧增材制造过程示意图如图逡逑１．２所示。在该实验中，合金的制备是将元素铁和铝通过送丝的方式添加到焊接工艺中逡逑混合产生的。采用光学显微进行组织分析
Ｔａｋｅｙｕｋｉ邋Ａｂｅ等人进行了采用电弧增材制造方法进行不锈钢和镍基合金异种金逡逑属堆敷试验，该试验采用电弧焊技术，同时采用外部送丝的方式，金属丝材通过电弧放逡逑电而熔化，然后在该过程中依次累积堆敷，其增材制造系统如图１．３所示。基于电弧增逡逑材制造工艺，采用直接以及局部地方式向熔池添加材料。通过在加工过程中局部改变送逡逑丝材料的方式，可以在制造的单个部件中同时使用多种材料。在这项研宄中，进行了两逡逑种不同的金属沉积，所使用的材料分别是不锈钢和镍基合金，着重研宄了界面附近的力逡逑学性能，如硬度和结合强度等。结果发现所制造的合金的机械性能与散装材料的机械性逡逑能相当。在焊缝金属与Ｎｉ３０８２焊缝金属界面附近未发现焊接缺陷。键合区域的深度，逡逑即在ＹＳ３０８Ｌ和Ｎｉ６０８２的化学成分改变的区域，深度约为０．１９ｍｍ；邋ＹＳ３０８Ｌ和Ｎｉ６０８２逡逑的结合强度与ＹＳ３０８Ｌ焊缝金属和Ｎｉ６０８２焊缝金属的抗拉强度相当。逡逑此外，还提出了使用两种以上材料的加法制造系统和火炬路径规划方法。通过使用逡逑这种方法
逦等离子弧X棽闹圃旃碳嗖庥牖〕ぴげ夥椒ㄑ芯垮义希椋彦义贤迹保车缁≡霾闹圃煜低常郏玻卞义希牵酰铩剑椋睿绲热耍徒辛耸褂玫缁≡霾闹圃旒际踔圃欤粒冢常泵竞辖穑⑶彝ü髡鲥义铣迤德世创锏较富Я５氖匝椋缁≡霾闹圃煜低呈疽馔既缦峦迹保此尽５缁≡霾闹棋义显旒际酰ǎ祝粒粒停┦且恢智痹诘姆椒ㄖ圃齑笮兔竞辖鸩考Ｒ蛭眉际醭杀镜停矢撸义系钦飧黾际醪⒚挥斜淮蠓段вτ茫哂泻艽蟮挠τ们绷ΑＴ谡庀钛绣持校祝粒粒统蹂义喜接τ糜谥圃欤粒冢常泵竞辖穑晒竦猛耆旅艿模粒冢常泵竞辖鸩考Ｓ氪送保隋义舷富Я＃竦昧己玫牧ρ阅埽捎酶谋渎龀迤德剩ǎ保玻担保埃荩埃昂停担埃埃保蓿┑姆绞藉义涎芯慷悦竞辖鸾鹗舨考旯劢峁埂⑾晕⒆橹屠煨阅艿挠跋臁＝峁砻鳎龀迤德矢腻义媳浠岬贾潞赋卣竦
本文编号：2794819
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG456.2
【图文】：
研宄单层以及多层成形时预热温度和电流等因素对零件成形质量的影响，观逡逑察成形件微观组织，并测试其力学性能，其５Ａ０６铝合金成形件不同位置的组织形貌如逡逑图１．１所示。为保证良好的成型，建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规逡逑范带判据。结果表明：成形件的第一层的高度为３．４ｍｍ，接下来急剧下降，直到第８层逡逑后高度稳定在１．７ｍｍ左右。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶；层间结合为柱状树枝逡逑晶；顶部组织为等轴晶，因此组织最为细密。成形件的抗拉强度为２９５ＭＰａ，伸长率为逡逑３６°／。，在力学性能表现出各向同性。逡逑ｉ）＝塌二」逡逑Ｉ－—逡逑柋，：：①：Ｊ逡逑图１．１邋５Ａ０６铝合金成形件不同位置的组织形貌［｜％邋（ａ）层与层之间；（ｂ）层间及结合处：（ｃ）邋Ｉ逡逑区域放大组织；（ｄ）丨丨区域放大组织：（ｅ）邋１１１区域放大组织逡逑Ｃｈｅｎ邋Ｓｈｅｎ等人［｜｜】在采用丝材——电弧增材制造方法制造富铁的Ｆｅ－Ａｌ金属间化合逡逑物。在该试验中，搭建了电弧增材制造系统，并且用来制备富含铁的Ｆｅ－Ａｌ金属间化合逡逑物，同时该合金需要具有２５％的铝原子含量，其丝材——电弧增材制造过程示意图如图逡逑１．２所示。在该实验中，合金的制备是将元素铁和铝通过送丝的方式添加到焊接工艺中逡逑混合产生的。采用光学显微进行组织分析
Ｔａｋｅｙｕｋｉ邋Ａｂｅ等人进行了采用电弧增材制造方法进行不锈钢和镍基合金异种金逡逑属堆敷试验，该试验采用电弧焊技术，同时采用外部送丝的方式，金属丝材通过电弧放逡逑电而熔化，然后在该过程中依次累积堆敷，其增材制造系统如图１．３所示。基于电弧增逡逑材制造工艺，采用直接以及局部地方式向熔池添加材料。通过在加工过程中局部改变送逡逑丝材料的方式，可以在制造的单个部件中同时使用多种材料。在这项研宄中，进行了两逡逑种不同的金属沉积，所使用的材料分别是不锈钢和镍基合金，着重研宄了界面附近的力逡逑学性能，如硬度和结合强度等。结果发现所制造的合金的机械性能与散装材料的机械性逡逑能相当。在焊缝金属与Ｎｉ３０８２焊缝金属界面附近未发现焊接缺陷。键合区域的深度，逡逑即在ＹＳ３０８Ｌ和Ｎｉ６０８２的化学成分改变的区域，深度约为０．１９ｍｍ；邋ＹＳ３０８Ｌ和Ｎｉ６０８２逡逑的结合强度与ＹＳ３０８Ｌ焊缝金属和Ｎｉ６０８２焊缝金属的抗拉强度相当。逡逑此外，还提出了使用两种以上材料的加法制造系统和火炬路径规划方法。通过使用逡逑这种方法
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本文编号：2794819
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