TIG熔焊成型中焊缝几何尺寸的建模与控制

摘要

熔焊快速成型是目前能够直接成型金属零件的一种快速成型技术。成型零件由全焊缝组成，组织致密度高，满足使用中的强度和硬度性能要求。由于采用焊接加热热源和焊丝原料，该技术制造成本低，具有良好的应用前景。本文针对TIG熔焊成型技术中存在的问题，对焊接参数与焊缝几何尺寸之间的关系进行了研究，实现了对成型焊缝几何尺寸的控制。本文的主要研究内容如下： 1、建立了TIG熔焊快速成型系统平台，该系统能够在焊接过程中对焊接设备进行实时监控，满足了熔焊快速成型的要求。 2、建立了在一定焊接条件下焊接电流、焊接速度和送丝速度三个焊接参数与单道焊缝熔宽和余高尺寸的BP神经网络模型。利用此模型可以合理选取所需的焊接工艺参数，并能够对该参数条件下所能获得的焊缝熔宽和余高尺寸进行准确预测。 3、分析了多道焊缝堆焊时相邻两道焊缝中心间距对焊缝熔宽、余高以及上表面质量的影响，找到了焊缝成型质量相对较好的间距作为多道焊缝堆焊成型的路径间距。 4、设计了基于焊接电压反馈的焊缝尺寸模糊控制系统。该系统在焊接过程中根据不同的焊接情况做出反应，实时调整焊接电流、焊接速度和送丝速度三个焊接参数以满足成型零件的尺寸要求。试验结果表明，应用该系统能够提高成型零件的尺寸精度，获得了较好的零件成型质量。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1快速成型技术

1.1.1快速成型技术原理和特点

1.1.2快速成型技术方法

1.1.3熔焊快速成型技术原理

1.1.4熔焊快速成型技术现状及发展

1.2焊接过程中的自动控制技术

1.2.1 PID控制

1.2.2智能控制技术

1.2.3综合控制技术

1.3焊接工艺参数与焊缝尺寸的建模方法

1.3.1统计回归分析

1.3.2人工神经网络

1.4选题依据、研究目的和意义

1.5本文主要研究内容

1.6本章小结

第2章TIG熔焊快速成型系统

2.1熔焊快速成型硬件系统

2.1.1焊接成型系统

2.1.2数控铣削系统

2.2熔焊快速成型控制软件

2.2.1数控机床与PC机的通信

2.2.2焊机、送丝机的控制

2.3本章小结

第3章焊接工艺参数与焊缝尺寸关系研究

3.1 TIG焊工艺原理及优点

3.2熔焊成型焊缝几何形状的描述及要求

3.2.1焊缝几何形状的描述

3.2.2熔焊快速成型对焊缝几何尺寸的要求

3.3 TIG熔焊成型中存在的问题和解决的方法

3.3.1焊缝不连续和底板焊穿问题

3.3.2堆焊成型过程中的“下塌”问题

3.3.3成型零件外表面质量问题

3.3.4熔焊成型过程中出现的未熔合和孔洞

3.4焊缝成型的影响因素

3.4.1喷嘴直径和气体流量

3.4.2钨极直径和尖端角度

3.4.3电弧长度

3.4.4钨极到焊丝垂直距离

3.4.5散热条件

3.4.6工件和焊丝的尺寸、材料

3.4.7焊接电流、焊接速度和送丝速度

3.5焊缝几何尺寸与焊接工艺参数的BP网络建模

3.5.1 BP神经网络原理

3.5.2 BP神经网络结构的确定

3.5.3单道单层焊缝熔宽、余高与焊接参数的关系模型

3.5.4单道多层焊缝熔宽、余高与焊接参数的关系模型

3.5.5多道焊缝零件的熔宽和余高尺寸

3.6本章小结

第4章焊接参数模糊控制器设计

4.1焊接电压与焊接电流、电弧长度的关系

4.2焊接参数控制方法的选择

4.3模糊控制的基本原理

4.4焊接参数模糊控制器设计

4.4.1系统分析和模糊输入、输出量的确定

4.4.2模糊语言变量的选择和论域的确定

4.4.3量化因子和比例因子的确定

4.4.4隶属函数的选择

4.4.5模糊控制规则的确定

4.4.6模糊推理、解模糊和模糊控制器查询表的建立

4.5本章小结

第5章基于电压反馈的焊缝尺寸模糊控制系统

5.1 TIG熔焊快速成型过程

5.2 TIG熔焊成型焊缝尺寸模糊控制系统

5.3 TIG熔焊成型焊缝尺寸控制系统的控制效果

5.4典型焊缝零件的堆焊成型

5.4.1单道多层焊缝零件堆焊成型

5.4.2斜面焊缝零件堆焊成型

5.4.3多道多层焊缝零件堆焊成型

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果