三維焊接成型

1、三維焊接成型三維焊接成型主講人：劉松組員：劉東兵、劉明鑒、盧天鵬、牟姝妍、寧毅主講內(nèi)容主講內(nèi)容p發(fā)展p基本原理與具體步驟p五大關(guān)鍵技術(shù)p優(yōu)缺點(diǎn)及解決方法p應(yīng)用與前景發(fā)展發(fā)展發(fā)展發(fā)展發(fā)展發(fā)展材料發(fā)展材料發(fā)展p材質(zhì)：鐵基材料（如奧氏體不銹鋼）、 Ni基材料 Ti基材料 鋁基材料 p形狀：金屬粉末、金屬絲三維成型焊接快速制造技術(shù)作為快速成型技術(shù)的一種,將焊接方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合,利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所提供的實(shí)體三維數(shù)據(jù)控制焊接設(shè)備,采用分層掃描和分層堆焊的方法來制作零件。它與傳統(tǒng)的焊接材料與材料之間的連接不同,成型焊接所制造的零件點(diǎn)全部由焊縫所組成,所以也叫做全焊縫金屬零件制造技術(shù)。其成型過程是

2、:CAD造型模型近似處理切片處理焊接設(shè)備三維產(chǎn)品具體步驟 (1)設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)體或所提供的三維數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中生成產(chǎn)品的三維CAD實(shí)體模型或曲面模型。 (2)對三維CAD實(shí)體模型或曲面模型進(jìn)行近似處理,并將其轉(zhuǎn)換成STL文件格式。 (3)從三維CAD模型上,沿焊接成型的高度方向,每隔一定間距,用切片處理軟件從STL文件中“切出”設(shè)定厚度的一系列片層,以便提取加工截面的輪廓信息。 (4)將切片信息輸入成型系統(tǒng)自動焊接設(shè)備中,用以控制焊接設(shè)備的工作。 (5)逐層堆焊,最后制得成型零件。五大關(guān)鍵技術(shù)五大關(guān)鍵技術(shù)快速成型軟件快速成型軟件：目前常用的切片算法是將三維模型轉(zhuǎn)化成STL格式文件然后進(jìn)行切片處理

3、。成型過程的變形控制成型過程的變形控制：焊接成型采用逐層堆焊的方法來制造零件，會不可避免地產(chǎn)生殘余應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力，使零件發(fā)生翹曲變形。殘余應(yīng)力的產(chǎn)生由焊接熱應(yīng)力而引起 熱應(yīng)力的產(chǎn)生則與焊縫的填充速度及焊縫冷卻速度有關(guān)。或者采用預(yù)熱及控制層間溫度來消除焊接的殘余應(yīng)力。焊接工藝的優(yōu)化焊接工藝的優(yōu)化：焊接成型焊接過程是單邊焊接，而且要求金屬的熔覆要在準(zhǔn)確位置上進(jìn)行，同時零件尺寸要求在不同位置上定量控制熔化金屬的總量。熔化金屬過程中，熔滴的幾何尺寸、熔滴的過渡速度、熔滴的溫度都對成型零件的幾何精度有影響。目前常用的解決方法通常采用一脈沖一滴的控制技術(shù)，準(zhǔn)確選擇脈沖出現(xiàn)時刻和脈沖電流大小。堆積路徑堆積路徑

4、：堆積路徑是影響零件成型的精度的原因之一，同時堆積路徑與堆積過程的熱傳輸影響零件的焊接變形，因此必須選擇合理的堆積路徑。同時在路徑規(guī)劃中，為了保證零件的致密度，各堆積線之間應(yīng)有一定的重疊，必須選擇合適的重疊寬度、堆積線的寬度。保護(hù)氣氛保護(hù)氣氛：由于焊接成型時溫度很高，成型后的某些部分溫度仍很高，如果暴露在空氣中，則金屬表面會氧化，形成氧化皮。氧化皮對后續(xù)應(yīng)對熔池周圍使用保護(hù)氣，對已熔覆成型部分也要采用氣體保護(hù)，以避免熔覆層的熔合起到阻礙作用，使成型零件發(fā)生分層。因此必須采用合適的氣體對熔池周圍、某些已熔覆的成型部分進(jìn)行氣體保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1)依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)和焊接技術(shù),可以直接從CAD模型制得金屬

5、零件,零件的形狀幾乎不受限制,不需要傳統(tǒng)制造方法所要求的各種工裝模具及加工設(shè)備,大大降低了制造成本,縮短了加工周期。(2)設(shè)計(jì)人員可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中存在的不足和錯誤,并在極短的時間內(nèi)加以改進(jìn),優(yōu)化設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品質(zhì)量。(3)在生產(chǎn)形狀復(fù)雜、單件或小批量零件時,具有經(jīng)濟(jì)快速的優(yōu)點(diǎn),有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代,適應(yīng)變化迅速的市場需求。(4)與整體鑄鍛件相比,三維成型焊接零件的化學(xué)成分均勻,材料晶粒尺寸細(xì)小,具有優(yōu)良的力學(xué)性能,整體質(zhì)量好。在必要的時候,零件各部分可選擇不同的材料,如零件的底部選擇不銹鋼,頂部選擇鋁合金。(5)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求直接制造出形狀復(fù)雜的金屬模具,這是模具制造領(lǐng)域的一項(xiàng)重大革新

6、。 由于該技術(shù)具有上述優(yōu)點(diǎn),它在制造業(yè)的用途極為廣泛,目前在國外已進(jìn)入到汽車、航空航天及雕塑藝術(shù)等應(yīng)用領(lǐng)域,用于單件、小批量復(fù)雜形狀的零件、模具及藝術(shù)品的制造。缺點(diǎn)缺點(diǎn)及解決方法及解決方法缺點(diǎn)缺點(diǎn): 焊接成型是一種直接制造金屬零件工藝，它類似于熔融沉積成型，不同之處在于焊接快速成型采用焊接工藝通過電弧使金屬熔化與過渡。但由于材料的堆積以液態(tài)金屬過渡的方式進(jìn)行，且堆積過程中存在液態(tài)金屬熔池，使零件邊緣形狀及零件的精度的控制變得困難。采用逐層堆焊的方法來制造零件,零件中會不可避免地產(chǎn)生氣孔、未熔合及殘余應(yīng)力等焊接缺陷。解決方法：解決方法：氣孔氣孔可以采用預(yù)熱及控制層間溫度的措施消除。德國Thyss

7、en公司采用成型焊接方法ASTMA508C13制造鋼的容器殼體,預(yù)熱由橫向氣體加熱噴槍實(shí)施,通過橫向噴水或噴氣來調(diào)整預(yù)熱及層間溫度,獲得很好效果。成型焊接零件焊道及焊點(diǎn)之間的未熔合成型焊接零件焊道及焊點(diǎn)之間的未熔合,是影響成型焊零件質(zhì)量的重要因素,在制作斜面結(jié)構(gòu)時這種缺陷更為常見。焊接規(guī)范大時焊道間較易熔合,但會出現(xiàn)焊縫金屬流淌的現(xiàn)象,采用合理的焊接規(guī)范可以控制這一缺陷的產(chǎn)生。由于一般成型焊接采用了焊接機(jī)器人柔性生產(chǎn)單元,焊接規(guī)范的適時調(diào)整較易實(shí)現(xiàn)。殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力的產(chǎn)生由焊接熱應(yīng)力而引起,熱應(yīng)力的產(chǎn)生則與焊縫的填充速度及焊縫冷卻速度有關(guān),根據(jù)不同焊接方法的需要,適當(dāng)?shù)剡x擇焊接電壓、電流及送絲

8、速度之間的匹配關(guān)系,可以減少零件殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。焊后對整體成型零件進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理,也是必不可少的措施。目前,成型焊接零件中殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制及控制方法仍然是一個值得深入研究的課題。應(yīng)用應(yīng)用德國漢堡的Blohm-Voss公司是Thyssen的子公司，1980年采用埋伏自動焊制造了一個重72T的空心實(shí)驗(yàn)容器。生產(chǎn)過程開始在壁厚25mm的圓管上逐層堆焊，最后形成長6000mm，外徑1840mm,內(nèi)徑1136mm,材料為10MnMoNi55,相當(dāng)于ASTM A508C13鋼的容器殼體。堆焊采用4頭埋弧焊設(shè)備，焊絲直徑4mm，焊速700mm/min，焊道沿管壁呈螺旋狀，每圈搭接半個焊道的寬度，軸向前

9、進(jìn)14mm/圈，預(yù)熱及層間溫度為220攝氏度，以確保焊接過程氫的逸出。預(yù)熱由橫向氣體加熱噴槍實(shí)施，同時采用橫向噴水或噴氣來調(diào)整焊前的預(yù)熱及層間溫度。焊接設(shè)備要求有很好的長期工作穩(wěn)定性，堆焊焊縫總長度為200km,連續(xù)6周焊完。殼體后整體去應(yīng)力熱處理。Babcock-Wilcox公司采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊以及等離子-熔化極氣體保護(hù)焊方法，制造奧氏體不銹鋼及其他合金部件。前景前景三維焊接成型技術(shù)是一種非常實(shí)用又制造成本較低的直接快速制造金屬零件的方法。焊接成型時有多種成熟的焊接工藝可供選擇，而且成型零件與整體鑄鍛件相比、其化學(xué)成分均勻、材料晶粒尺寸細(xì)小、具有優(yōu)良的力學(xué)性能、整體質(zhì)量好。在必要的時候，成型零件可由不同的材料成型。焊接成型采用焊接電弧作為能源將焊絲熔化，相對以激光器作為能源的其它金屬成型工藝相比，成本少。目前雖然焊接成型技術(shù)中還