عنوان

بهینه‌سازی پارامتر‌های جوشکاری و استراتژی ساخت رباتیک رویه فولادی به‌روش تولید افزایشی سیم و قوس

۵۰۹۸پ

فارسی

بهینه‌سازی پارامتر‌های جوشکاری و استراتژی ساخت رباتیک رویه فولادی به‌روش تولید افزایشی سیم و قوس

[پایان نامه]

وحید ضیائی لاله

صنعتی سهند

۱۴۰۲

۱۴۳ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی مواد- جوشکاری

۱۴۰۲/۰۸/۰۱

فناوری تولید افزایشـی به‌روش سـیم و قوس (WAAM) دارای ظرفیت مناسـبی از حیث سـرعت تولید بالا در کنار فضـای مورد نیاز کمتر در مقایسـه با روش‌هایی مانند ریخته‌گری در صنایع سنگین دریایی می‌باشد. به‌علاوه از حیث عملیات‌ تکمیلی مورد نیاز، قابل رقابت و جایگزینی با روش‌های تولید رایج قطعاتی چون پروانه‌های پیشران کشتی می‌باشد. لزوم تغییر مداوم موقعیت مشعل یا قطعه‌کار در ساخت رویه‌های هندسی با روش تولید افزایشی سیم و قوس، سبب ایجاد محدودیت‌هایی در حفظ نرخ رسوب می‌شود. به‌خصوص در چرخش‌های دورانی با سرعت ثابت و با شرایط جوشکاری یکسان، انتظار می‌رود نرخ رسوب در هر لایه کاهش یابد. به‌طورکلی این نوع فرآیند تولید با وجود مزیت در ساخت اشکال هندسی پیچیده، به‌دلیل تغییر سرعت سرمایش می‌تواند موجب تغییر در ریز ساختار شده و نیازمند انتخاب استراتژی بهینه ساخت و کنترل دقیق می‌باشد. در این فرآیند متغیر‌های مختلفی حین ساخت قطعه مطرح هستند که عبارت‌اند از: جریان، ولتاژ، نرخ تغذیه سیم، ترکیب گاز محافظ، دما و زمان بین پاسی و فاصله سیم از سطح قطعه. با در نظر گرفتن محدودیت‌های فیزیکی پنجره فرآیندی تولید، لزوم انتخاب استراتژی بهینه که در تعامل با متغیر‌های جوشکاری منجر به ساخت قطعه با ریزساختار مدنظر شود، بدیهی است. در این راستا طی این پروژه یک میز جوشکاری با توانایی ایجاد حرکت دورانی لوله در سرعت‌های مختلف به‌صورت رفت و برگشتی طراحی و ساخته شد که امکان ساخت رویه هندسی با الگوی حرکتی شعاعی به‌روش تولید افزایشی سیم و قوس را فراهم می‌کند. در ادامه اثر افزایش نرخ تغذیه سیم جوش (افزایش جریان) و همچنین اثر کاهش سرعت دورانی در استراتژی‌های مختلف با حرکت به سمت لایه های خارجی بررسی شده است. فرآیند کلی طراحی و انتخاب شده جهت ساخت رویه فولادی به چهار استراتژی تقسیم شده است، به‌طوری‌که در تمامی استراتژی‌های ساخت، روند کلی با این پیش‌فرض بوده که با حفظ سرعت دورانی لوله و تغییر متغیرهای جوشکاری به ازای هر لایه، نرخ رسوب تقریبی 3 میلی‌متر حاصل شود. این فرآیند با کنترل جریان جوشکاری و نرخ تغذیه سیم انجام شده و لزوم تغییر استراتژی‌ها جهت جلوگیری از عیوب تکنولوژیکی و متالورژیکی حائز اهمیت است. فرآیند جوشکاری سیم و قوس (GMAW) با جریان پالسی توسط سیم الکترود فولادی ER70S-2 و با حفاظت گاز آرگون انجام شد. مطالعات ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و الکترونی روبشی (SEM) نشان داد که ریزساختار غالب فریتی در لایه‌هایی که تغییر استراتژی اتفاق افتاده به‌دلیل نرخ سرمایش متفاوت در آن لایه‌ها، از توزیع متفاوت ساختار فریت سوزنی و ویدمن‌اشتاتن تشکیل شده‌اند. همچنین طی مطالعات خواص مکانیکی از آزمون‌های کشش، سختی سنجی ویکرز و ضربه نوع شارپی استفاده شده و موقعیت‌های مختلف رویه فولادی با در نظر گرفتن استراتژی‌های ساخت متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است. استفاده از متغییرهایی شامل فاصله مشعل از قطعه کار 20 میلی‌متر، جریان‌های اسمی 100 تا 200 آمپر در کنار حرکت رفت و برگشتی لوله و تغییر به‌موقع استراتژی‌ها سبب جلوگیری از بروز پدیده هامپینگ و سرریز ذوب و ساخت نسبتا یکنواخت رویه شد.

The wire and arc additive manufacturing technology (WAAM) has a suitable capacity in terms of high production speed in addition to the required less space compared to methods such as casting in marine heavy industries. In addition, in terms of required complementary operations, it is competitive and replaceable with the conventional production methods of parts such as ship propellers. The necessity of changing the position of the torch or weldment with the WAAM method causes limitations in maintaining the deposition rate. Especially in rotary rotations with constant linear speed and with the same welding conditions, the deposition rate in each layer is expected to decrease. In general, this type of manufacturing process, despite the advantage of making complex geometric shapes, causes a change in the microstructure due to the change in the cooling rate and requires choosing an optimal production strategy and precise control of the process. The most important variables in this process are current, voltage, wire feeding rate, shielding gas composition, temperature and inter-pass time, and also the distance of contact tip to workpiece. Considering the physical limitations of the process window, it is clear that the role of optimal strategy leads to the production of the part with the considered microstructure deal with the welding variables. In this study, a welding setup with the ability to create circular movement of a curved substrate at different speeds was designed and built in a reciprocating condition, which provides the possibility of a radial movement pattern using the WAAM. Further, the effect of increasing the welding wire feeding rate (by increasing the current) and also the effect of reducing the rotational speed in different strategies by moving towards the outer layers have been investigated. The process considered for the production of curved steel layer is divided into four strategies while it is based on the assumption that by keeping the rotational speed constant and changing the welding variables for each layer, a deposition rate of approximately 3 mm is achieved. This process is done by controlling the welding current and wire feeding rate, and it is important to change strategies to prevent technological and metallurgical defects. The welding process was done with ER70S-2 steel electrode wire and argon shielding gas. Microstructural studies using an optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM) show that the dominant microstructure of ferrite in the layers where the change of strategy occurred due to the different cooling rate in those layers is composed of different distribution of acicular ferrite and Wiedmannstatten morphologies. Also, during the studies of mechanical properties, tensile test, Vickers hardness test, and Charpy impact test were used, and different positions of the curved steel layer were studied considering different manufacturing variables. Applying the variables including the distance of 20 mm CTWD, the nominal currents range of 100 to 200 amps along with the reciprocating movement of the pipe and the selected strategies prevented the humping and sagging led to a relatively uniform curved layer.

Optimization of welding parameters and process strategy of robotic curved steel layer via wire arc additive manufacturing

تولید افزایشی سیم و قوس

رویه هندسی

جریان پالسی

استراتژی ساخت

تولید افزایشی سیم و قوس، رویه هندسی، جریان پالسی، استراتژی ساخت

Wire arc additive manufacturing, curved substrate, pulsed GMAW, production strategy

ضیائی لاله، وحید

حامدزرگری

، حبیب

استاد راهنما

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

مواد، ۷۰۷۵۸، ۱۴۰۲

p

TF

92029

a

Y