铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成型特征研究
发布时间：2024-03-31 16:11
电弧增材制造技术是以电弧作为热源,金属焊丝作为熔覆填充材料,快速直接成型致密度较高、力学性能良好的复杂形状金属结构件,同时具有堆积效率高、材料利用率高等优点。为了进一步提高电弧增材制造过程的稳定性以及成型件的力学性能,课题将低功率脉冲激光诱导MIG电弧焊接技术引入增材制造领域中。基于此新式增材制造技术,以ER5356铝合金薄壁墙体试样为研究对象,对其成型尺寸、表面成型质量和组织性能三方面特征开展研究。首先研究了各个工艺参数对薄壁墙体试样成型尺寸的影响规律。发现随着堆覆电流的增加,单层宽度和高度均增加;随着堆覆速度的增加,单层宽度和高度会相应减少;随着层间温度的增加,单层宽度减小,而单层高度会增加。激光功率对成型尺寸的影响效果较小。由于激光对MIG电弧具有吸引压缩作用,当激光功率在一定范围内(小于400 W)时,单层宽度随着激光功率的增加略有减少。同时研究了单个工艺参数对薄壁墙体试样侧壁粗糙度和材料利用率的影响。随着堆覆电流增加,侧壁粗糙度增加,材料利用率下降;层间温度的影响效果与之相同;堆覆速度的影响效果相反;激光功率对二者影响效果不大,成型试样的粗糙度均控制在0.2 mm以内,材料利...
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 金属材料增材制造技术国内外研究现状
1.2.1 激光增材制造技术
1.2.2 电子束增材制造技术
1.2.3 搅拌摩擦增材制造技术
1.2.4 电弧增材制造技术
1.3 激光-MIG复合热源焊接研究现状
1.4 铝合金电弧增材制造常见问题
1.4.1 成型精度问题
1.4.2 成型性能问题
1.5 本文的主要研究内容
2 实验设备和实验方法
2.1 激光诱导MIG电弧增材制造系统
2.1.1 机器人系统
2.1.2 焊接系统
2.1.3 激光器系统
2.1.4 复合焊枪系统
2.2 实验材料
2.3 试验分析与测试方法
2.3.1 层间温度与电弧形态监测
2.3.2 显微组织观察
2.3.3 力学性能测试
2.3.4 SEM分析与EPMA元素分析
2.4 本章小结
3 工艺参数对单道多层墙体试样成型尺寸及侧壁粗糙度的影响
3.1 单道多层墙体试样成型方法和参数设计
3.1.1 成型方法
3.1.2 参数设计
3.2 工艺参数对稳定区域尺寸的影响
3.2.1 堆覆电流对稳定区域尺寸的影响
3.2.2 堆覆速度对稳定区域尺寸的影响
3.2.3 激光功率对稳定区域尺寸的影响
3.2.4 层间温度对稳定区域尺寸的影响
3.3 工艺参数对侧壁粗糙度和材料利用率的影响
3.3.1 侧壁粗糙度和材料利用率的计算方法
3.3.2 堆覆电流对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.3.3 堆覆速度对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.3.4 激光功率对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.3.5 层间温度对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.4 本章小结
4 单道多层墙体试样稳定区域尺寸建模
4.1 二次回归方程的基本表述
4.2 回归方程模型检验
4.2.1 回归方程的显著性检验
4.2.2 回归方程的拟合度检验
4.2.3 回归系数的显著性检验
4.3 二次回归通用旋转组合试验设计
4.3.1 回归试验次数确定
4.3.2 回归试验因子水平规范化处理
4.3.3 试验方案及结果
4.4 成型尺寸建模
4.5 回归方程的效果验证
4.6 本章小结
5 墙体试样组织性能分析及激光功率对成型特征的影响研究
5.1 单道多层墙体试样组织性分析
5.1.1 单道多层墙体试样的显微组织
5.1.2 单道多层墙体试样的显微硬度
5.1.3 单道多层墙体试样的拉伸性能
5.2 激光功率对成型特征的影响效果研究
5.2.1 激光功率对成型试样尺寸特征的影响
5.2.2 激光功率对力学性能的影响
5.2.3 激光功率对显微组织的影响
5.5 本章小节
6 曲面框件试样的增材制造
6.1 曲面框件试样的成型方案
6.1.1 圆弧形曲面墙体试样成型
6.1.2 曲面试样与直壁试样组合
6.2 曲面框件试样的机器人语言实现
6.3 曲面框件试样成型
6.4 本章小节
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3944181
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 金属材料增材制造技术国内外研究现状
1.2.1 激光增材制造技术
1.2.2 电子束增材制造技术
1.2.3 搅拌摩擦增材制造技术
1.2.4 电弧增材制造技术
1.3 激光-MIG复合热源焊接研究现状
1.4 铝合金电弧增材制造常见问题
1.4.1 成型精度问题
1.4.2 成型性能问题
1.5 本文的主要研究内容
2 实验设备和实验方法
2.1 激光诱导MIG电弧增材制造系统
2.1.1 机器人系统
2.1.2 焊接系统
2.1.3 激光器系统
2.1.4 复合焊枪系统
2.2 实验材料
2.3 试验分析与测试方法
2.3.1 层间温度与电弧形态监测
2.3.2 显微组织观察
2.3.3 力学性能测试
2.3.4 SEM分析与EPMA元素分析
2.4 本章小结
3 工艺参数对单道多层墙体试样成型尺寸及侧壁粗糙度的影响
3.1 单道多层墙体试样成型方法和参数设计
3.1.1 成型方法
3.1.2 参数设计
3.2 工艺参数对稳定区域尺寸的影响
3.2.1 堆覆电流对稳定区域尺寸的影响
3.2.2 堆覆速度对稳定区域尺寸的影响
3.2.3 激光功率对稳定区域尺寸的影响
3.2.4 层间温度对稳定区域尺寸的影响
3.3 工艺参数对侧壁粗糙度和材料利用率的影响
3.3.1 侧壁粗糙度和材料利用率的计算方法
3.3.2 堆覆电流对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.3.3 堆覆速度对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.3.4 激光功率对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.3.5 层间温度对侧壁粗糙度及材料利用率的影响
3.4 本章小结
4 单道多层墙体试样稳定区域尺寸建模
4.1 二次回归方程的基本表述
4.2 回归方程模型检验
4.2.1 回归方程的显著性检验
4.2.2 回归方程的拟合度检验
4.2.3 回归系数的显著性检验
4.3 二次回归通用旋转组合试验设计
4.3.1 回归试验次数确定
4.3.2 回归试验因子水平规范化处理
4.3.3 试验方案及结果
4.4 成型尺寸建模
4.5 回归方程的效果验证
4.6 本章小结
5 墙体试样组织性能分析及激光功率对成型特征的影响研究
5.1 单道多层墙体试样组织性分析
5.1.1 单道多层墙体试样的显微组织
5.1.2 单道多层墙体试样的显微硬度
5.1.3 单道多层墙体试样的拉伸性能
5.2 激光功率对成型特征的影响效果研究
5.2.1 激光功率对成型试样尺寸特征的影响
5.2.2 激光功率对力学性能的影响
5.2.3 激光功率对显微组织的影响
5.5 本章小节
6 曲面框件试样的增材制造
6.1 曲面框件试样的成型方案
6.1.1 圆弧形曲面墙体试样成型
6.1.2 曲面试样与直壁试样组合
6.2 曲面框件试样的机器人语言实现
6.3 曲面框件试样成型
6.4 本章小节
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：3944181
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