金屬零件三維焊接快速成型技術(shù)存在的主要問(wèn)題之一是焊接熱輸入過(guò)高以及電弧壓力較大,導(dǎo)致其成型質(zhì)量差,成型精度較低。而旁路耦合電弧焊接方法能夠在保持焊絲熔敷率不變的情況下降低焊接熱輸入,從而可以提高其成型質(zhì)量。針對(duì)目前大多數(shù)旁路耦合電弧焊接工藝研究采用雙電源,其存在參數(shù)調(diào)節(jié)及過(guò)程控制較為復(fù)雜的問(wèn)題,本文基于單電源旁路耦合電弧的焊接快速成型方法進(jìn)行了深入研究,主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作。首先,設(shè)計(jì)與搭建了焊接快速成型工藝研究試驗(yàn)平臺(tái),包括單電源雙絲旁路耦合電弧GMAW與單電源旁路耦合電弧TIG焊接兩種形式的試驗(yàn)平臺(tái),介紹了系統(tǒng)各組成部分工作原理,并對(duì)旁路分流原理進(jìn)行了理論分析。其次,先后在兩種形式的試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了單道堆積成型工藝研究,確定了各自的最佳焊槍組合幾何參數(shù),獲得了穩(wěn)定焊接過(guò)程的旁路送絲速度匹配區(qū)間,同時(shí)在焊接過(guò)程中進(jìn)行了熱循環(huán)曲線測(cè)試。成型結(jié)果表明:隨著旁路電流增大,母材熱輸入逐漸降低,使單道截面寬高比減小,焊縫熔深減小,焊縫過(guò)熱區(qū)變窄及其晶粒直徑明顯減小,而顯微硬度變化不大。將兩種方法對(duì)比發(fā)現(xiàn),單電源旁路耦合電弧TIG焊接過(guò)程更穩(wěn)定,焊縫成型較好,但焊絲熔敷率相對(duì)較低。第三,通過(guò)相鄰焊道搭接模型與層間高度計(jì)算模型求得最佳中心距與層間高度,然后進(jìn)行了多道堆積成型工藝研究。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),采用往復(fù)堆積方式可以較好地降低引弧與熄弧對(duì)成型精度造成的影響,有利于提高成型精度。試驗(yàn)結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期的效果,說(shuō)明旁路耦合電弧焊接方法能夠應(yīng)用于焊接快速成型中,但仍不能較好地解決其成型質(zhì)量差和成型精度低的問(wèn)題,還需要進(jìn)一步研究。最后,為了探究旁路電流和電弧對(duì)主路電弧的熱量分配及基體金屬熱輸入的影響規(guī)律,進(jìn)行了單電源旁路耦合電弧TIG焊接溫度場(chǎng)有限元模擬。結(jié)果表明:模擬熱分析結(jié)果和試驗(yàn)溫度測(cè)試結(jié)果大致相同,說(shuō)明熱源模型建立正確,假定的熱量分配方式合理,熱源模型較為準(zhǔn)確反映旁路耦合電弧焊的特點(diǎn)。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG457.1

【參考文獻(xiàn)】

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