Tandem-GMAW电弧增材制造基层成型宽度研究及热过程分析

发布时间：2021-11-18 05:32

　　电弧增材制造网格壁板以逐层堆积的方式直接在基板上沉积网格结构,能够极大地提升生产效率并降低成本.在网格壁板的成型过程中,基层的成型和整体的热过程决定了上层是否能成功完成成型.本文针对不同板厚作为基板的基层成型不规律问题,利用不同环境因素下的试验得到其成型熔宽及余高数据,根据得到的数据建立有限元填充模型.采用有限元模拟方式研究基板厚度、预热温度、距边缘距离等关键参数对电弧增材制造网格壁板的影响规律.试验结果表明:随着基板厚度的增加,基层成型宽度明显减小;随着预热温度的升高,在80℃温度以内宽度增加不明显,当预热温度超过120℃,基层成型宽度出现明显的增加;在边缘距离大于20 mm时,边缘距离对成型宽度基本没有影响;边缘距离小于20 mm时,随着边缘距离的减小,成型宽度逐渐加大,在边缘距离为10 mm时整个边缘基板的温度达到500°,基板塌陷倾向明显.最后通过上述试验结果,应用热力学理论构建基层成型数学模型,结合统计学最小二乘法,辅助确定热源参数后采用有限元模拟的方法可以进行不同工艺参数及板厚的热过程研究,这种创新性结合热力学解析解、统计学方法和简单实测解,可以有效地减少电弧增材基层热过程... 

【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

不同预热温度模拟截面

为验证模型的合理性，根据表1的工艺参数及成型结果设置热源模型参数进行模拟，同时采用热电偶测量距离焊缝边缘5 mm处热循环曲线．在软件中采集相同位置处的模拟结果，结果如图1所示．由结果可知，在升温到最高温度的过程中，两条曲线很好地重合，说明热源模型能很好地反映在熔化成型过程中的热源特性，但是模拟的最高温度比测量温度高．热源模型是通过实际测量焊缝成型形貌参数来获得热源模型参数，并且试验结果显示，热源模型完全覆盖焊缝模型，整体的成型趋势与实际情况中起弧点不能完全铺展、收弧点完全铺展并且熔深相对较深完全相符．在冷却过程中由于实际基板热过程对流散热比较多，而在模拟的过程中忽略了对基板的热传导，所以实测的温度相对较低．但是对较大的基板来说，对焊缝宽度的影响并不很大，因此相对来说仿真的热源模型是准确的[8].1.4 网格划分及材料热物理参数

图2所示为基层成型网格模型，图形上方是堆积层的网格划分，为兼顾计算精度和计算时间，采用等网格划分方式，在计算的时候将堆积层及热影响区的网格密度设置为2级细化，为0.5 mm，单元类型为八节点六面体单元．试验所用焊丝牌号为ER2319，直径为1.2 mm，基板为6060铝合金，其熔点为659℃.在所用软件simufact-welding中给出了材料参数，材料密度为2.7 mg/mm3，泊松比为0.330．不同温度下的热导率及比热容参数曲线如图3所示．

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS优化设计求解双椭球热源模型参数[J]. 顾颖,李亚东,强斌,揭志羽,陈小松.  焊接学报. 2016(11)
[2]铝合金电弧增材制造焊道宽度尺寸预测[J]. 柏久阳,王计辉,林三宝,杨春利.  焊接学报. 2015(09)
[3]焊接参数对铝脉冲MIG焊亚射流过程控制的影响[J]. 许芙蓉,杨立军,李桓,马闯.  天津大学学报. 2009(10)
[4]等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟[J]. 李力,胡绳荪,殷凤良,马立.  天津大学学报. 2007(10)
[5]焊接温度场的三维动态有限元模拟[J]. 陈翠欣,李午申,王庆鹏,高保雷.  天津大学学报. 2005(05)
[6]薄板高强铝合金脉冲焊接热计算分析[J]. 张修智,黄时鸿.  哈尔滨工业大学学报. 1982(01)

博士论文
[1]GMAW再制造多重堆积路径对质量影响及优化方法研究[D]. 赵慧慧.哈尔滨工业大学 2012

硕士论文
[1]GMAW快速成形熔敷焊道尺寸神经网络建模和参数预测[D]. 胡建文.哈尔滨工业大学 2012



本文编号：3502308