基于红外热成像技术的电弧熔积成形温度场研究

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1、分类号学号M201070593学校代码10487密级硕士学位论文基于红外热成像技术的电弧熔积成形温度场研究学位申请人：孙怡峰学科专业：材料加工工程指导教师：王桂兰教授答辩日期：2013年1月15日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyontemperaturefieldofarcdepositionmanufacturingusinginfraredthermographyCandidate：SunYifengM

2、ajor：MaterialEngineeringSupervisor：Prof.WangGuilanHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJan,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版

3、权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要在金属快速成形技术中，电弧熔积增材成形技术具有设备投入少，成形效率高以及生产成本低等优势。但线能量高、

4、热影响区大等问题会造成成形件热变形、表面残余应力大等缺陷。本研究室提出在电弧熔积过程中加入其它工艺如辊压、电磁搅拌等进行辅助成形的方法以提高成形件的组织和力学性能。而这些工艺的加入会对成形过程中的熔积温度场造成影响。作为成形件性能的决定性因素之一，成形过程中的温度场变化规律一直是国内外的研究热点。为优化成形工艺，改善成形件性能，对成形温度场的实验测量与分析是必不可少的。本文根据红外热像仪的测温原理设计了辐射率校准实验，对成形件表面辐射率进行了准确测定。并使用红外热像技术对不同工艺条件下电弧熔积增材成形的温度场进行了采集和分析，研究了成形件所经历的热过程及

5、其表面温度场的演变，分析了辅助成形工艺对成形温度场和成形件性能造成的影响。使用红外热像仪对不同焊接工艺参数下的成形温度场进行采集，导出温度场数据生成温度云图和梯度图，研究了焊接电流和焊接速度对成形件表面特征温度区域范围和温度梯度的影响。此外，深入分析了成形件表面不同位置热循环曲线的特征，探讨了其形成原因和规律，及其对成形件组织构成和硬度的影响。使用热像仪对辊压-电弧复合熔积成形的温度场进行采集，根据熔积层表面经历的热循环确定了辗压的最佳位置。分析了辗压前后压辊和熔积层表面温度的变化，以及熔积层表面的温度分布。研究发现压辊对辗压位置金属有激冷作用，使得熔积

6、层表面温度梯度降低。另外，辊压后的成形件热变形减小。对电磁辅助熔积成形温度场进行采集和分析，研究了不同励磁线圈对成形件表面温度场的影响，发现适当控制线圈热量输入可以在保证成形质量的情况下提高成形效率，同时降低了熔积层表面温度梯度，这对减小成形件表面残余应力有一定帮助。通过X射线衍射测应力法测量对比了附加磁场与不附加磁场制成的成形件表面残余应力，证实了以上结论。I华中科技大学硕士学位论文本研究为优化电弧熔积成形工艺进而改善成形件性能、减小热变形和残余应力提供了科学依据。关键词：电弧熔积成形，辅助成形工艺，红外热像技术，成形件温度场，热循环曲线II华中科技大

7、学硕士学位论文AbstractArcdepositionrapidmanufacturinghasadvantagesoflowequipmentinvestment、highproductivityandlowcost.Howeverdefectssuchasthermaldistortionandresidualstressarecausedbyhighheatinputandlargeheataffectzonebyformingwithprocessofarcwelding.Theapplicationofaidingprocessessucha

8、shotrollingandelectromagneticstirringdur