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)技術因其熱源集中，成型效率更高、成型更加致密而被應用于各種難熔金屬構件的快速成型。但由于等離子電弧熱源的熱輸入量較大，自動增材制造過程中構件的質量和成型精度難以保證，使得構件可重復的全自動堆敷難以實現(xiàn)。因此本課題針對機器人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)測與成型構件層間溫度的監(jiān)控相結合，

2、并以Cr-Ni不銹鋼直壁體堆敷件為研究對象進一步研究了堆敷過程層間溫度與性能影響規(guī)律，以期實現(xiàn)復雜構件的全自動機器人PAAM。
　　首先設計并開發(fā)了機器人PAAM參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件裝置及系統(tǒng)，并對檢測結果的準確性進行了校準，系統(tǒng)包括電流電壓傳感器模塊、紅外溫度傳感模塊、調理電路模塊、控制電路模塊等。并通過設計高壓隔離模塊將等離子弧的高壓信號進行隔離，解決了引弧時的高頻高壓信號對信息處理電路的干擾問題，實現(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實現(xiàn)對層間溫度的非接觸實時檢測，同時設計了層間溫度控制策略，實現(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)計和數(shù)據(jù)存儲四大模塊，實現(xiàn)了工藝卡設置、參數(shù)實時顯示、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、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)計兩大模塊實現(xiàn)了對歷史數(shù)據(jù)的查詢、再現(xiàn)和統(tǒng)計。
　　接著基于所開發(fā)的等離子電弧增材制造系統(tǒng)，進行了以Cr-Ni不銹鋼直壁體層間溫度為變量的自動堆敷試驗研究。并采用所開發(fā)的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)對其自動堆敷過程進行測控，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)堆敷的直壁體構件，驗證了監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和有效性。并進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，綜合考慮成型質量、精度和成型效率，確定150℃