【摘要】：等離子電弧增材制造工藝具備電弧穩(wěn)定性高、能量密度集中的優(yōu)點(diǎn),常用來(lái)制造大型金屬構(gòu)件。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,由于堆敷層高度的變化,使得弧長(zhǎng)變化難以恒定,同時(shí)工藝參數(shù)的變化,也會(huì)影響增材制造過(guò)程的穩(wěn)定性。因此本文針對(duì)等離子電弧機(jī)器人自動(dòng)增材制造過(guò)程,設(shè)計(jì)了等離子自動(dòng)增材制造過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并對(duì)增材制造過(guò)程中弧長(zhǎng)的變化進(jìn)行預(yù)測(cè),為在線校正電弧長(zhǎng)度奠定基礎(chǔ)。首先進(jìn)行了等離子電弧增材制造監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)。開(kāi)發(fā)了電參數(shù)和溫度信息采集模塊,設(shè)計(jì)調(diào)試了信號(hào)調(diào)理電路和保護(hù)電路,并將其與移動(dòng)觸摸式一體機(jī)集成,形成了移動(dòng)觸摸式等離子電弧增材制造監(jiān)控硬件裝置。然后針對(duì)等離子電弧增材制造的特點(diǎn),編制了電參數(shù)和溫度信息采集模塊、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及回顯模塊,形成移動(dòng)觸摸式等離子電弧增材制造監(jiān)控軟件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了等離子電弧增材過(guò)程多種參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。然后試驗(yàn)研究了等離子弧增材制造工藝參數(shù)對(duì)弧長(zhǎng)的影響的規(guī)律。主要是以堆敷電壓、堆敷電流、離子氣流量3個(gè)參量,進(jìn)行大量工藝試驗(yàn)。采集試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)參量,并且分析處理,獲取堆敷電壓、堆敷電流、離子氣流量對(duì)弧長(zhǎng)的影響規(guī)律,為建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的弧長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型的研究奠定基礎(chǔ)接著為了實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)堆敷過(guò)程中弧長(zhǎng),采用Matlab軟件建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以堆敷電流、電弧電壓、離子氣流量等三個(gè)特征參數(shù)作為輸入層,弧長(zhǎng)作為輸出層。中間層采用不同的神經(jīng)元數(shù)量對(duì)弧長(zhǎng)預(yù)測(cè)精度進(jìn)行訓(xùn)練,分析了神經(jīng)元數(shù)量對(duì)弧長(zhǎng)預(yù)測(cè)精度的影響。訓(xùn)練結(jié)果表明,當(dāng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中間層神經(jīng)元數(shù)量為7時(shí),其預(yù)測(cè)精度較高,其平均準(zhǔn)確率達(dá)到89.42%。進(jìn)一步利用所設(shè)計(jì)的移動(dòng)觸摸式等離子電弧增材制造監(jiān)控系統(tǒng),包括所建立的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,對(duì)等離子弧增材制造工藝過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè),并對(duì)增材制造過(guò)程中的弧長(zhǎng)變化進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明,該系統(tǒng)可以對(duì)等離子弧增材制造工藝的電參數(shù)和溫度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),同時(shí)也可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)單道堆敷的實(shí)時(shí)弧長(zhǎng)的變化。最后對(duì)弧長(zhǎng)的控制方法進(jìn)行了初步研究。控制模型以弧長(zhǎng)偏差和偏差變化率為輸入量,具體是以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)出的弧長(zhǎng)為反饋量,以表征弧長(zhǎng)調(diào)整量的電壓模擬量為輸出量建立了雙輸入單輸出的二維模糊控制器的基本模型。研究時(shí)采用Matlab軟件,通過(guò)模糊化、模糊推理、解模糊的處理過(guò)程,建立等離子弧增材制造弧長(zhǎng)預(yù)測(cè)的模糊控制規(guī)則表。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG456.2
【圖文】：

研宄單層以及多層成形時(shí)預(yù)熱溫度和電流等因素對(duì)零件成形質(zhì)量的影響，觀逡逑察成形件微觀組織，并測(cè)試其力學(xué)性能，其５Ａ０６鋁合金成形件不同位置的組織形貌如逡逑圖１．１所示。為保證良好的成型，建立了單層單道基板預(yù)熱溫度和電弧峰值電流工藝規(guī)逡逑范帶判據(jù)。結(jié)果表明：成形件的第一層的高度為３．４ｍｍ，接下來(lái)急劇下降，直到第８層逡逑后高度穩(wěn)定在１．７ｍｍ左右。層間組織為細(xì)小的樹(shù)枝晶和等軸晶；層間結(jié)合為柱狀樹(shù)枝逡逑晶；頂部組織為等軸晶，因此組織最為細(xì)密。成形件的抗拉強(qiáng)度為２９５ＭＰａ，伸長(zhǎng)率為逡逑３６°／。，在力學(xué)性能表現(xiàn)出各向同性。逡逑ｉ）＝塌二」逡逑Ｉ－—逡逑柋，：：①：Ｊ逡逑圖１．１邋５Ａ０６鋁合金成形件不同位置的組織形貌［｜％邋（ａ）層與層之間；（ｂ）層間及結(jié)合處：（ｃ）邋Ｉ逡逑區(qū)域放大組織；（ｄ）丨丨區(qū)域放大組織：（ｅ）邋１１１區(qū)域放大組織逡逑Ｃｈｅｎ邋Ｓｈｅｎ等人［｜｜】在采用絲材——電弧增材制造方法制造富鐵的Ｆｅ－Ａｌ金屬間化合逡逑物。在該試驗(yàn)中，搭建了電弧增材制造系統(tǒng)，并且用來(lái)制備富含鐵的Ｆｅ－Ａｌ金屬間化合逡逑物，同時(shí)該合金需要具有２５％的鋁原子含量，其絲材——電弧增材制造過(guò)程示意圖如圖逡逑１．２所示。在該實(shí)驗(yàn)中，合金的制備是將元素鐵和鋁通過(guò)送絲的方式添加到焊接工藝中逡逑混合產(chǎn)生的。采用光學(xué)顯微進(jìn)行組織分析

Ｔａｋｅｙｕｋｉ邋Ａｂｅ等人進(jìn)行了采用電弧增材制造方法進(jìn)行不銹鋼和鎳基合金異種金逡逑屬堆敷試驗(yàn)，該試驗(yàn)采用電弧焊技術(shù)，同時(shí)采用外部送絲的方式，金屬絲材通過(guò)電弧放逡逑電而熔化，然后在該過(guò)程中依次累積堆敷，其增材制造系統(tǒng)如圖１．３所示�；陔娀≡鲥义喜闹圃旃に�，采用直接以及局部地方式向熔池添加材料。通過(guò)在加工過(guò)程中局部改變送逡逑絲材料的方式，可以在制造的單個(gè)部件中同時(shí)使用多種材料。在這項(xiàng)研宄中，進(jìn)行了兩逡逑種不同的金屬沉積，所使用的材料分別是不銹鋼和鎳基合金，著重研宄了界面附近的力逡逑學(xué)性能，如硬度和結(jié)合強(qiáng)度等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所制造的合金的機(jī)械性能與散裝材料的機(jī)械性逡逑能相當(dāng)。在焊縫金屬與Ｎｉ３０８２焊縫金屬界面附近未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。鍵合區(qū)域的深度，逡逑即在ＹＳ３０８Ｌ和Ｎｉ６０８２的化學(xué)成分改變的區(qū)域，深度約為０．１９ｍｍ；邋ＹＳ３０８Ｌ和Ｎｉ６０８２逡逑的結(jié)合強(qiáng)度與ＹＳ３０８Ｌ焊縫金屬和Ｎｉ６０８２焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)。逡逑此外，還提出了使用兩種以上材料的加法制造系統(tǒng)和火炬路徑規(guī)劃方法。通過(guò)使用逡逑這種方法

邐等離子弧X棽鬧圃旃碳嗖庥牖〕ぴげ夥椒ㄑ芯垮義希椋彥義賢跡保車緇≡霾鬧圃煜低常郟玻卞義希牽酰鎩劍椋睿緄熱耍徒辛聳褂玫緇≡霾鬧圃旒際踔圃歟粒冢常泵競(jìng)轄穡⑶彝ü髡鰣義銑迤德世創(chuàng)锏較富Я５氖匝�，稻l≡霾鬧圃煜低呈疽饌既縵巒跡保此盡５緇≡霾鬧棋義顯旒際酰ǎ祝粒粒停┦且恢智痹詰姆椒ㄖ圃齏笮兔競(jìng)轄鴆考Ｒ蛭眉際醭殺鏡�，效率笖]義系欽飧黽際醪⒚揮斜淮蠓段вτ�，具訛a艽蟮撓τ們繃ΑＴ謖庀鈦繡持�，ＷＡＡ＝y(tǒng)蹂義喜接τ糜謚圃歟粒冢常泵競(jìng)轄穡曬竦猛耆旅艿模粒冢常泵競(jìng)轄鴆考�。与此同时，为了辶x舷富Я＃竦昧己玫牧ρ閱�，采用钢\瀆齔迤德剩ǎ保�，�(dān)保埃藎埃昂停擔(dān)埃埃保蓿┑姆絞藉義涎芯慷悅競(jìng)轄鸞鶚舨考旯勱峁�、蠒灑讬┋和拉伸虚嗆祿习响。结果钡a鰨齔迤德矢膩義媳浠岬賈潞賦卣竦

本文編號(hào)：2794819