PAAM過程參數(shù)監(jiān)控及層間溫度影響規(guī)律研究.pdf

1、等離子電弧增材制造(PAAM，Plasma Arc Additive Manufacturing)技術(shù)因其熱源集中，成型效率更高、成型更加致密而被應(yīng)用于各種難熔金屬構(gòu)件的快速成型。但由于等離子電弧熱源的熱輸入量較大，自動(dòng)增材制造過程中構(gòu)件的質(zhì)量和成型精度難以保證，使得構(gòu)件可重復(fù)的全自動(dòng)堆敷難以實(shí)現(xiàn)。因此本課題針對機(jī)器人PAAM過程開發(fā)了堆敷過程工藝參數(shù)及層間溫度測控系統(tǒng)，將堆敷過程電流、電壓工藝參數(shù)的監(jiān)測與成型構(gòu)件層間溫度的監(jiān)控相結(jié)合，

2、并以Cr-Ni不銹鋼直壁體堆敷件為研究對象進(jìn)一步研究了堆敷過程層間溫度與性能影響規(guī)律，以期實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件的全自動(dòng)機(jī)器人PAAM。
　　首先設(shè)計(jì)并開發(fā)了機(jī)器人PAAM參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件裝置及系統(tǒng)，并對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行了校準(zhǔn)，系統(tǒng)包括電流電壓傳感器模塊、紅外溫度傳感模塊、調(diào)理電路模塊、控制電路模塊等。并通過設(shè)計(jì)高壓隔離模塊將等離子弧的高壓信號進(jìn)行隔離，解決了引弧時(shí)的高頻高壓信號對信息處理電路的干擾問題，實(shí)現(xiàn)了等離子弧電流電壓的同步測

3、量。成型件的層間溫度測量采用紅外傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對層間溫度的非接觸實(shí)時(shí)檢測，同時(shí)設(shè)計(jì)了層間溫度控制策略，實(shí)現(xiàn)了成型件層間溫度的定溫度控制。
　　然后基于LabVIEW開發(fā)了PAAM參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)分為PAAM數(shù)據(jù)采集界面和PAAM數(shù)據(jù)查詢分析界面。PAAM數(shù)據(jù)采集軟件界面通過數(shù)據(jù)分析子vi、堆敷狀態(tài)判斷子vi、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)存儲四大模塊，實(shí)現(xiàn)了工藝卡設(shè)置、參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、溫度反饋和數(shù)據(jù)存儲等功能。P

4、AAM查詢分析界面通過波形讀取和堆敷信息統(tǒng)計(jì)兩大模塊實(shí)現(xiàn)了對歷史數(shù)據(jù)的查詢、再現(xiàn)和統(tǒng)計(jì)。
　　接著基于所開發(fā)的等離子電弧增材制造系統(tǒng)，進(jìn)行了以Cr-Ni不銹鋼直壁體層間溫度為變量的自動(dòng)堆敷試驗(yàn)研究。并采用所開發(fā)的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)對其自動(dòng)堆敷過程進(jìn)行測控，采用閾值溫度控制策略獲得了層間溫度分別為60℃、150℃、250℃、350℃和連續(xù)堆敷的直壁體構(gòu)件，驗(yàn)證了監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和有效性。并進(jìn)一步研究了堆敷過程的參數(shù)特性，研究表明堆敷過

5、程電流穩(wěn)定，單向堆敷時(shí)電壓呈增大趨勢，往返堆敷過程由于消除了高度差電壓整體表現(xiàn)平穩(wěn)，堆敷層的冷卻速率會(huì)隨著層數(shù)的增加而降低。
　　最后研究了成型件層間溫度對自動(dòng)堆敷成型特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)控制層間溫度一致對保證成型表面和尺寸的均一性有明顯效果，對硬度和晶粒尺寸無明顯控制效果。隨著層間溫度的降低，堆敷體表面成型質(zhì)量提高、堆敷層寬度、晶粒尺寸減小、堆敷層的顯微硬度增大、成型效率卻越來越低，綜合考慮成型質(zhì)量、精度和成型效率，確定150℃