【摘要】：電弧作為增材制造中熔化填充金屬材料的熱源,涉及到大量的熱、力、聲等物理特征信息,這些信息體現(xiàn)了電弧的動(dòng)態(tài)行為特征,反映了電弧增材制造過程中金屬沉積的宏觀結(jié)構(gòu)變化特征。本文建立了TIG電弧增材制造的電弧信息檢測(cè)分析系統(tǒng),對(duì)電弧力、電弧熱、電弧聲波以及電弧圖像等特征信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,研究了不同電弧參數(shù)下的電弧熱、力學(xué)以及聲波信號(hào)特征,并對(duì)TIG電弧的溫度場(chǎng)和電磁場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。此外,基于電弧聲波信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng),分析了電弧弧長(zhǎng)漸變條件下聲波信號(hào)波形特征,運(yùn)用高通濾波和小波分析方法提取電弧弧長(zhǎng)變化下的極值曲線,建立了聲波信號(hào)與電弧弧長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)不同電弧電流條件下定弧長(zhǎng)和變弧長(zhǎng)的電弧弧長(zhǎng)模型進(jìn)行驗(yàn)證并作誤差分析,以實(shí)現(xiàn)了對(duì)TIG電弧增材制造過程中電弧弧長(zhǎng)的預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明,TIG電弧壓力在弧柱中心軸線處最大,并沿徑向基本呈對(duì)稱分布;通過建立熱量計(jì)系統(tǒng)可計(jì)算出金屬母材對(duì)電弧的熱吸收能量和熱源效率;電弧電流、電弧弧長(zhǎng)與電弧壓力、電弧熱輸入能量存在密切相關(guān)性。利用TIG電弧作為增材制造熱源,以電弧弧長(zhǎng)在3mm~7mm變化范圍內(nèi)進(jìn)行金屬熔滴沉積,發(fā)現(xiàn)金屬沉積層的高度和寬度隨著電弧弧長(zhǎng)變化有所改變,說(shuō)明了電弧弧長(zhǎng)對(duì)沉積層宏觀形貌的影響。隨著電弧弧長(zhǎng)增加,電弧峰值壓力呈逐漸減小的趨勢(shì),金屬對(duì)電弧熱的吸收能量和熱源效率則有所提高,其中弧長(zhǎng)在4mm時(shí)熱源效率最為穩(wěn)定。TIG電弧的溫度場(chǎng)和電磁場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果表明,隨著電弧弧長(zhǎng)的增加,電弧沿徑向溫度呈遞減分布,熱源半徑逐漸增加,電流密度和電弧電壓分布體現(xiàn)出各自的能量分布特性。在定弧長(zhǎng)和變弧長(zhǎng)條件下采用高通濾波和小波分析方法建立聲波信號(hào)與電弧弧長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型,弧長(zhǎng)的模型計(jì)算值均可以接近實(shí)測(cè)值,從而為電弧增材制造中通過檢測(cè)聲波信號(hào)預(yù)測(cè)和控制電弧弧長(zhǎng)奠定了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：重慶理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG661

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656880