一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，涉及电弧增材制造领域，本方法包括：根据焊接设备、焊接材料以及焊接方法确定相应的焊接工艺参数；根据相应的焊接工艺参数设计单道多层焊缝实验；构建以工艺参数作为输入，焊缝中间余高与熄弧处余高的差值、塌陷处补偿长度为输出的深度神经网络，利用实验所得数据对神经网络进行训练和评估，得到焊缝熄弧处塌陷补偿长度预测模型；采集并输入焊缝成形过程中的参数到训练完成的焊缝补偿预测模型中，输出对应的高度差和补偿长度，实现对于电弧增材制造单道多层焊缝的熄弧处塌陷补偿长度的精准预测。本发明专利技术方法有效解决了熄弧处塌陷的缺陷，经过试验验证，构件的高度平整度得到提高。度平整度得到提高。度平整度得到提高。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材制造领域，具体涉及一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法。

技术介绍

[0002]随着制造业的快速迭代发展，对金属构件的要求越来越高，现有传统制造技术已经很难满足现如今工业发展的需求，因此增材制造技术被提出并广泛应用于制造业的各个领域中。增材制造技术是把材料按照规划好的运行轨迹在运动执行结构的带动下从底部开始层层堆积，是一种从无到有的逐层累积叠加制造技术。它集成了许多新兴技术，包括机械加工技术，数字信息技术，计算机技术和材料科学等学科技术。和传统的制造技术相比，其具有装置简单、所用材料广泛、成型尺寸无限制、生产高效快速等优势。同时能够不受传统制造技术的限制，在短时间内快速的完成数量少且结构复杂的产品制造。
[0003]目前国内外在电弧增材制造领域存在许多技术难题需要进行深入研究，比如由于在进行连续堆积的时候，受到温度和散热条件等因素的影响，导致堆积的焊缝几何参数发生变化，出现路径编程复杂、成形件应力集中、成形精度较差、表面粗糙度增加等问题。其中比较常见的问题是在进行单道多层堆积实验时，焊缝熄弧处容易出现明显的塌陷。主要原因是在熄弧处，由于焊枪的运动惯性和保护气体作用力的影响，高温状态下的液态金属未能马上凝固会继续沿着焊枪运动方向流动一小段距离，同时电弧熄灭而不再有熔覆金属填充，所以会出现焊道最末端的成型高度降低，即熄弧处出现了塌陷现象。如果不对此采取对应措施，不仅会不利于对实验成形件形貌及精度控制，而且会导致多层焊道堆积实验中出现局部焊丝干伸长逐渐超出合适范围，从而出现保护气体无法正常进行对熔覆金属的保护作用、起弧飞溅、焊枪因为堆积金属倾斜而撞枪等问题。
[0004]为解决单道多层焊道成形件中出现的熄弧处塌陷的问题，哈尔滨工业大学熊俊在GAM增材制造技术对对单道多层成形形貌的影响的研究中提出了平行往复的熔覆方式；新疆大学何建斌在对5356铝合金电弧增材制造的工艺研究中提出了交替路径来解决熄弧端与起弧端高度差异大的问题；南京理工大学尹凡在对多层堆敷成形工艺及尺寸控制研究中提出了固定距离补差的方法来保证成形；燕山大学肖雨晨在进行薄壁墙焊接研究中得出双层平行往复的焊接方式来解决塌陷问题；综上所述，在具有代表性的众多学者提出的解决方案中可以总结出，对于单道多层焊道成形过程中熄弧端出现塌陷的问题，大多数学者都是采用平行往复的堆积方式或者基于平行往复的改进方法，如双层平行往复的焊接方式，但是无论是平行往复还是基于平行往复进行改进的现有的解决方案除了无法精准填补缺陷，还往往会出现随着堆积层数的增加而逐渐出现中间高两端低的现象。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，其基于搭建神经网络进行工艺参数预测，在每一层焊接时，以熄弧处不熄弧往回
焊接一定距离后再熄弧的方式进行塌陷补偿，可以有效解决单层多道成形过程中出现的熄弧处塌陷问题，保证电弧增材制造中成件的高度平整性，从而解决因为熄弧处塌陷而导致的零件新貌特征受影响的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术可以采用以下技术方案进行：
[0007]一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，其包括如下步骤：
[0008]根据焊接材料、结构形式以及焊接方法设计相应的焊接工艺；
[0009]根据所述焊接工艺设计相应的工艺实验，并且批量实施所述工艺实验，进而得到工艺实验数据；其中，所述工艺实验数据包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊缝成形尺寸和焊缝熄弧处塌陷补偿距离；
[0010]按所述焊接电流、所述焊接电压、所述焊接速度、所述焊缝成形尺寸和所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离的数据组合方式建立焊缝熄弧处塌陷补偿距离预测数据集；
[0011]构建以所述焊接电流、所述焊接电压、所述焊接速度作为输入，所述焊缝成形尺寸和所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离作为输出的深度神经网络，利用实验数据集划分训练集及验证集对所述深度神经网络进行训练和评估，得到焊缝熄弧处塌陷补偿距离预测模型；
[0012]采集焊缝成形过程中获得的所述焊接电流、所述焊接电压、所述焊接速度，并输入上述工艺参数至所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离预测模型中，输出相对应的焊缝成形尺寸和焊缝熄弧处塌陷补偿距离，从而对焊缝熄弧处塌陷补偿距离的精准预测。
[0013]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，所述焊缝成形尺寸包括：焊缝中部余高、焊缝最低处余高和补偿余高差的任一种或任意组合。
[0014]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，根据所述焊接工艺设计相应的工艺实验的步骤具体包括：在相应材料和设备的基础上，选取能够保证焊缝成型良好的工艺参数范围，采用正交实验法设计多变量多水平的工艺实验，最大限度上降低工艺实验次数和神经网络搭建时的训练难度。
[0015]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，所述深度神经网络具体为一多输入多输出网络，其由输入层、隐含层、输出层组成，输出层神经元数量由工艺参数决定，输出层包含焊缝成形尺寸和焊缝熄弧处塌陷补偿距离，隐含层的层数和神经元数量由工艺参数到焊缝成形结果组成的多输入多输出网络中的非线性程度、成形预测精准度和网络模型权重及阈值的计算效率共同决定，并根据预测误差对模型结构及网络参数进行优化调节。
[0016]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，所述对模型结构及网络参数进行优化调节的步骤具体包括：根据数据集的大小、网络结构、模型计算速度和/或预测结果精度对模型结构及网络参数进行优化。
[0017]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，所述对神经网络的评估的步骤具体包括：综合考虑网络机构的大小、网络训练时间、模型计算效率和成形预测精度，以评估焊缝成形预测模型的计算成本和效率，保证模型的精准性和稳定性，其中，模型精准度由预测数据和实际数据的线性回归分析确定。
[0018]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，焊缝的结构形式包括：厚壁单道多层堆积和/或薄壁单道多层堆积，所述焊接方法包括非熔化极气体保护焊TIG、熔化极气体保护焊MIG\MAG、冷金属过渡焊接CMT或等离子弧焊PAW的任一种
或任意组合。
[0019]如上所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，进一步的，所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离为对应补偿后焊缝平整性最优的补偿距离。
[0020]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：本专利技术的塌陷补偿方法是基于搭建神经网络进行工艺参数预测，在每一层焊接时，以熄弧处不熄弧往回焊接一定距离后再熄弧的方式进行塌陷补偿。本方法可以有效解决单层多道成形过程中出现的熄弧处塌陷问题，从而保证电弧增材制造中成件的高度平整性，进而解决因为熄弧处塌陷而导致的零件新貌特征受影响的问题。此外，相对于平行往复等现有的解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：根据焊接设备、焊接材料和焊接方法设计相对应的焊接工艺；根据所述焊接工艺设计相应的工艺实验，并且批量实施所述工艺实验，进而得到工艺实验数据；其中，所述工艺实验数据包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊缝成形尺寸和焊缝熄弧处塌陷补偿距离；按所述焊接电流、所述焊接电压、所述焊接速度、所述焊缝成形尺寸和所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离的数据组合方式建立焊缝熄弧处塌陷补偿距离预测数据集；构建以所述焊接电流、所述焊接电压、所述焊接速度作为输入，所述焊缝成形尺寸和所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离作为输出的深度神经网络，利用实验数据集划分训练集及验证集对所述深度神经网络进行训练和评估，得到焊缝熄弧处塌陷补偿距离预测模型；采集焊缝成形过程中获得的所述焊接电流、所述焊接电压、所述焊接速度，并输入上述工艺参数至所述焊缝熄弧处塌陷补偿距离预测模型中，输出相对应的焊缝成形尺寸和焊缝熄弧处塌陷补偿距离，从而对焊缝熄弧处塌陷补偿距离的精准预测。2.根据权利要求1所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，其特征在于：所述焊缝成形尺寸主要包括：焊缝熔宽、焊缝中间位置余高和焊缝熄弧处塌陷余高的任一种或任意组合。3.根据权利要求1所述的电弧增材制造单道多层焊缝熄弧处塌陷补偿方法，其特征在于：根据所述焊接工艺设计相应的工艺实验的步骤具体包括：在相应材料和设备的基础上，选取能够保证焊缝成型良好的工艺参数范围，采用正交实验法设计多变量多水平的工艺实验，最大限度上降低工艺实验次数和神经网络搭建时的训练难度。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛犇，卢楚文，潘琳琳，邹晓东，王凯，易江龙，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：