研究和评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志》上
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ISSN: 2321 - 6212
Milad巴拉米*,第5期
魁北克拉瓦尔大学机械工程系,加拿大
收到:2022年- 7月27日,手稿。joms - 22 - 70581;编辑分配:2022年- 7月29日,PreQC没有。joms - 22 - 70581 (PQ);综述:12 - 8月- 2022年质量控制。joms - 22 - 70581;修改后:19日- 8月- 2022手稿。joms - 22 - 70581 (R);发表:29日- 8月- 2022,2321 - 6212.10.8.002 DOI: 10.4172 /。
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本研究的主要目的是研究金属极惰性气体保护电弧焊如何影响AA6061-T6铝焊接时的形状(GMAW)。变化电压(V),送丝速度(WFS),枪角(GA),旅行速度(TS),距离喷嘴焊接(DISW)与现货,根部间隙(RG)和根面(RF)被用作焊接参数。这给Simufact软件的信息需要模拟电弧焊接过程在室温20°C。仿真结果从有限元分析(FEA)软件显示的变形量很大,所以模拟焊接过程帮助人们了解焊接的工作原理和实验结果比较。结果还表明,有一个焊接参数之间的联系和扭曲。焊丝的类型是5356。它有一个1.2毫米直径,氩的100%。它有一个25 cfh流量。CMM是用来测量焊接样品发现有多少和什么样的失真。实验计划的帮助下,田口方法和人工神经网络(ANN)模型用于预测关节如何弯曲。 The results show that the main things that cause or change distortions are wire feed speed, voltage, and travel speed. When the wire feed speed and voltage are both increased at the same time, distortion gets worse. This shows that these parameters and variables in welding have a big effect on distortion.
金属极惰性气体保护电弧焊;对接;焊接参数;失真;机械性能;田口实验设计;人工神经网络建模
铝是一种材料,用于世界各地的很多。不管是一片、板、挤塑酒吧,或者配置文件,6061是最好的选择范围广泛的用途,包括船舶、建筑和桥梁施工和结构应用程序(1]。
金属极惰性气体保护电弧焊(GMAW)是一种快速、廉价的方法,也称为金属极惰性气体保护焊(MIG) (2]。金属极惰性气体保护电弧焊(GMAW)单线用作电极和填充金属。一种惰性保护气体保护电弧和熔池,如图所示图1一个和图1 b(3]。在大多数情况下,有两种方法可以得到焊接变形,实验和数值模拟方法。有限元分析是用来模拟焊接过程,因为它有很多好处,其中包括非线性方面的能力随温度改变时造型高度multi-physics焊接过程中的问题(4- - - - - -6]。另一方面,数值研究焊接结构的形变场行为和有限元素分析与实验研究,是一个很好的方法来找出失真将展开7- - - - - -9]。
图1:(一)示意图说明金属极惰性气体保护电弧焊(GMAW)的过程。(b)的人工神经网络的示意图。
尽管有很多研究焊接参数和工艺参数(10- - - - - -12)影响对接接头的质量与米格技术,没有对输出失真和机械性能,当机器人焊接使用。一些研究表明焊接参数如电压影响变形(13]。另一个搜索看着只有一个参数的影响,如安培数、力学性能和变形(14,15]。
许多研究研究焊接参数对变形的影响和机械搅拌摩擦焊接在铝上的属性16- - - - - -18]。一些搜索产生了焊接参数对变形的影响,信息力学性能、渗透,和其他重要的铝合金激光焊接输出(19,20.]。
在过去,很多研究发现焊接参数如何影响铝合金的熔化极气体保护焊-焊接过程。在他们的研究中,夫人艾米奈et al。21看着AA5754的属性和AA6013铝合金使用自动熔化极气体保护焊-被连接在一起。黄等。22)发现,焊接方向影响5083铝合金的显微组织特点是纤维laser-GMAW混合焊接。美津浓et al。23]看着约束强度之间的关系,在铝合金焊接焊缝开裂。他们还发现,正确的横向焊缝的形状是非常重要的,焊接参数应该是精心挑选的,以避免裂缝。
人工神经网络(ann)计算机程序,是基于人类大脑的工作方式来模拟它如何处理信息24]。近年来,计算机辅助人工神经网络(ANN)领域的建模已经成为更重要的是加入的材料。一个人工神经网络(ANN)模型制造过程是一个很好的方法切割,成型,弯曲的金属。直线和曲线的多重回归模型比神经网络模型(不太准确25]。图2是人工神经网络的图(Y0Ym - 1)。
图2:(一)本研究的样本(b)准备对接焊缝。
已经有很多研究如何得到最好的结果在使用GMAW焊接钢和铝。然而,没有很多研究焊接参数如何影响力学性能和变形。搅拌摩擦焊接、通量核心弧焊和埋弧焊都看着深度。在这项研究中,热源的模拟显示,参数对残余应力没有大影响,但是他们有一个对焊接变形的影响。在Chaitanya et al。26),发现搅拌摩擦焊接高温输入关节打破了从热影响区(HAZ)旁边形变场影响区(TMAZ)在推进方面,而低热量输入关节打破了点焊熔核沿着曲折前进的一面。力学性能提高焊接速度降低时,转速增加,或焊缝的热输入单位长度增加。焊接过程中,焊缝金属和旁边的贱金属加热和冷却时扩张和收缩。这将导致在焊接变形。扭曲被认为是受不同的几何和焊接工艺参数的影响。角变形是最常见的一种类型的失真中可以看到对焊盘子。如果样品仍然举行时被加热,它不能横向展开。但由于样本必须得到更大的原理,它生长在垂直方向,变厚。当样本回到室温弯曲,它仍将倾向于四面八方以同样的速度萎缩。现在,这篇文章是短而厚。 It has changed in a way that can't be fixed. According to industry experience, there are a few, but not very important, ways to reduce distortion. These include not over welding; using intermittent welding, making as few weld passes as possible, balancing welds around the neutral axis, using backstep welding, predicting shrinkage forces; planning the welding sequence; and reducing welding time. In a study, the effect of welding parameters and process parameters on the quality of AA6061-T6 butt joints made with MIG welding was looked at. The experiments are planned with the Taguchi method in mind. Then, using Simufact software, FEA was done under the same conditions as the experiments, and the results were compared. Then, ANN modeling is used to predict how the voltage, wire feed speed, gun angle, travel speed, distance of the nozzle to weld, root gap, and root face parameters will affect the distortion during the welding process.
在这寻找材料,米格过程采用单一对接接头的AA6061-T6 6.35毫米厚度的60度角。表1介绍了贱金属的化学成分和机械性能根据提供的规格挤出机。使用的金属丝过程是5356 1.2毫米直径。表1 b显示了导线的材料属性。此外,100%氩是用于气体保护25 cfh流动。
(一)
| 物理性质 | 度规 | 组件 | Wt % |
|---|---|---|---|
| 硬度、维氏 | 107年 | 艾尔 | 95.8 - -98.6 |
| 众信 | 310 Mpa | Cr | 0.04 - -0.35 |
| 拉伸屈服强度 | 276 Mpa | 铜 | 0.15 - -0.4 |
| 断裂伸长率 | 12% | 菲 | 马克斯0.7 |
(b)
| 属性 | 度规 | 元素 | 内容 |
|---|---|---|---|
| 剪切模量 | 26日平均绩点 | 艾尔 | -95 - 92.5 |
| 弹性模量 | 78 - 80年的平均绩点 | 毫克 | 4.5 - -5.5 |
| 泊松比 | 0.33 | 菲 | 0.4 |
| - - - - - - | - - - - - - | 如果 | 0.25 |
表1:(a)材料特性的Al 6061 - t6(贱金属)(b)材料的属性Al5356(消耗品)。
在这项研究中,6.35 x 76.2 x 203毫米6061 - t6扁钢加工准备根1.5毫米,2毫米和2.5毫米。使用根差距从0毫米到0.2毫米,使用校准设置垫片。图2一个显示当前样本在这项研究中,图2 b显示了单一的制备V对接焊缝。在开始过程之前,样品已经用丙酮清洗,以确保没有污垢和灰尘联合焊接前的准备。FANUC R2000机器人的焊缝是由米勒汽车750焊接过程(图3 a、3 b和3 c)。
图3:(一)机器人Fanuce R2000米勒(b)汽车Axces 750 (c)目前的焊接过程。
在这项研究中,初步实验设计(DOE)实现基于田口方法(表2)。事实上,输入参数是被调查的后果。这个L4 DOE已运行三个输入参数和两个水平找到初步结果。输入参数电压(V),送丝速度(WFS)和距离喷嘴焊接(DISW)。在测试期间,不同的差距和不同根面临被添加。找到更好的输入参数,4额外的测试和不同根差距和不同根脸检查获得一个可以接受的结果,至少更好的渗透(更少的未焊透),和更好的焊接质量。基于第一能源部的扭曲的结果,人工神经网络(ann)训练和最好的参数被发现。通过使用这些结果从ANN模型,最终创建了DOE 18和结果失真测量(表3)。找到更好的结果,四个额外的测试已经开发和添加到最终的能源部。两者的结合DOE,最终创建了测试数据与送丝速度等7焊接参数(WFS)、旅行速度(TS),枪角(GA),根部间隙和根的脸,最后喷嘴和焊缝之间的距离(DISW)。基于测试数据,最后的ANN模型训练和焊接参数对变形的影响被发现。(表2显示了两者的结合与额外测试。)(表4)
| 测试数量 | V V输入(输出) | DISW(毫米) | WFS(毫米/秒) | 根部间隙(毫米) | 根的脸(毫米) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 初步能源部 | 1 | 19.2 | 12 | 161年 | 0 | 2.5 |
| 2 | 20.4 | 10 | 215年 | 0 | 2.5 | |
| 3 | 22.8 | 12 | 215年 | 0 | 2.5 | |
| 4 | 21.5 | 10 | 161年 | 0 | 2.5 | |
| 额外的测试 | 5 | 21.5 | 10 | 161年 | 0.762 | 2.5 |
| 6 | 21.5 | 10 | 161年 | 1.143 | 2.5 | |
| 7 | 23.9 | 10 | 215年 | 1.143 | 2.5 | |
| 8 | 23.9 | 10 | 215年 | 0.381 | 1.5 |
表2。初步设计的实验和错误(DOE)和额外的测试。
| 测试数量 | V输入(volt)(电压输出) | WFS(毫米/秒) | TS(毫米/秒) | GA(程度) | 差距(毫米) | 根(毫米) | DISW(毫米) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最终经历了18个能源部 | 9 | 20.4 | 204年 | 10 | 10 | 0 | 1.5 | 10 |
| 10 | 20.4 | 204年 | 10 | 12 | 0.13 | 2.5 | 12 | |
| 11 | 20.9 | 225年 | 12 | 10 | 0 | 2.5 | 12 | |
| 12 | 20.9 | 225年 | 12 | 12 | 0.13 | 1.5 | 10 | |
| 13 | 23.05 | 204年 | 12 | 10 | 0.13 | 1.5 | 12 | |
| 14 | 23.05 | 204年 | 12 | 12 | 0 | 2.5 | 10 | |
| 15 | 23.6 | 225年 | 10 | 10 | 0.13 | 2.5 | 10 | |
| 16 | 23.6 | 225年 | 10 | 12 | 0 | 1.5 | 12 | |
| 额外的测试 | 17 | 22.9 | 224年 | 11 | 11 | 0.07 | 2 | 11 |
| 18 | 23.9 | 225年 | 11 | 11 | 0 | 2 | 11 | |
| 19 | 23.7 | 215年 | 10 | 10 | 0 | 2.5 | 10 | |
| 20. | 23.5 | 225年 | 10 | 10 | 0 | 2 | 10 |
表3。最终经历了18个能源部与额外的测试。
| 测试数量 | 电压(v) | WFS(毫米/秒) | TS(毫米/秒) | GA(程度) | 根部间隙(毫米) | 根的脸(毫米) | 电流(A) | DISW(毫米) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 20.4 | 204年 | 10 | 10 | 0 | 1.5 | 170年 | 10 |
| 2 | 20.4 | 204年 | 10 | 12 | 0.127 | 2.5 | 196年 | 12 |
| 3 | 20.9 | 225年 | 12 | 10 | 0 | 2.5 | 205年 | 12 |
| 4 | 20.9 | 225年 | 12 | 10 | 0.127 | 1.5 | 205年 | 10 |
| 5 | 23.05 | 225年 | 12 | 10 | 0.127 | 2.5 | 222年 | 10 |
| 6 | 23.05 | 225年 | 12 | 12 | 0 | 1.5 | 222年 | 12 |
| 7 | 23.6 | 225年 | 10 | 10 | 0.127 | 2.5 | 225年 | 10 |
| 8 | 23.6 | 225年 | 10 | 12 | 0 | 1.5 | 225年 | 12 |
| 9 | 22.9 | 215年 | 11 | 11 | 0.07 | 2 | 218年 | 11 |
| 10 | 23.9 | 225年 | 11 | 11 | 0 | 2 | 218年 | 11 |
| 11 | 23.7 | 215年 | 10 | 10 | 0 | 2.5 | 230年 | 10 |
| 12 | 23.5 | 225年 | 10 | 10 | 0 | 2 | 235年 | 10 |
| 13 | 19.2 | 161年 | 10 | 11 | 0 | 2.5 | 158年 | 12 |
| 14 | 20.4 | 215年 | 10 | 11 | 0 | 2.5 | 208年 | 10 |
| 15 | 22.8 | 215年 | 10 | 11 | 0 | 2.5 | 225年 | 12 |
| 16 | 21.5 | 161年 | 10 | 11 | 0 | 2.5 | 200年 | 10 |
| 17 | 21.5 | 161年 | 10 | 11 | 0.762 | 2.5 | 200年 | 10 |
| 18 | 21.5 | 161年 | 10 | 11 | 1.143 | 2.5 | 200年 | 10 |
| 19 | 23.9 | 215年 | 10 | 11 | 1.143 | 2.5 | 219年 | 10 |
| 20. | 23.9 | 215年 | 10 | 11 | 0.381 | 1.5 | 218年 | 10 |
表4。两者的结合能源部与额外的测试。
有限元分析
几何造型:所有测试标本60度斜角角度,不同根的差距,和不同的根在焊接区建模,网格也在NX创建。图4显示了网格示例中创建的测试的NX软件。在这个图中,根面2.5毫米根部间隙是0毫米。
图4:网从NX样本。
仿真和分析结果:本文Simufact焊接使用仿真软件来模拟焊接和分析扭曲和变形。有限元软件用于焊接装配的仿真分析和有必要定义解算器,边界条件,和热资源,包括焊接参数,如电压、电流、和旅行速度,枪角度,焊接喷嘴的距离,以及传热系数参数,最后跟踪焊缝。解算器是用于迭代的稀疏解算器设置参数包括仿真总时间、相应的流动时间,时间步,网格细分级别,和跟踪点的摩擦系数。从Simufact软件,模拟完成AL6061 T6,相同的化学成分组成的AL6061 T6的模型实验(表1 (a))。流程类型是弧焊时,环境温度是20°C,组件是两个网状转换从NX Simufact样品,附件是两个完全相同的几何和重力加速度的实验是9.81 m / s2。图5(一个)解决显示样品开始前与边界条件和焊接、和图5 (b)显示焊接后热分布。
图5:(一)网状样本与边界条件(b)热分布。
分析仿真结果:所有21个样品已经在软件和建模和模拟结果所示表3。在这个表中,在每个轴和总变形失真测量从模拟和结果与实验焊接相比,最大误差为9.5%,最小误差为1.5% (图6)。图7显示了变形的比较实验和有限元分析。只是一个快速的解释:错误的样品样品2 10%以上,7和8。样品2夹有问题,样品7和8在焊接快速启动和停止。这就是为什么误差太大。(表5)
| 测试数量 | 实验失真 | 有限元分析失真 | 错误% |
|---|---|---|---|
| 1 | 0.5276 | 0.51 | 3所示。3 |
| 2 | 1.1786 | 0.93 | 21 |
| 3 | 0.7319 | 0.7 | 4.3 |
| 4 | 0.9486 | 0.87 | 8.2 |
| 5 | 0.6005 | 0.58 | 3所示。4 |
| 6 | 0.8112 | 0.78 | 3所示。8 |
| 7 | 1.4286 | 0.99 | 30. |
| 8 | 1.6422 | 1.1 | 33 |
| 9 | 0.8761 | 0.87 | 0.69 |
| 10 | 0.938 | 0.92 | 1.91 |
| 11 | 1.3016 | 1.2 | 7.8 |
| 12 | 1.54 | 1.4 | 9.09 |
| 13 | 1.039 | 0.97 | 6.6 |
| 14 | 0.6536 | 0.63 | 3所示。6 |
| 15 | 1.2686 | 1.15 | 9.3 |
| 16 | 1.2413 | 1.15 | 9.7 |
| 17 | 0.6581 | 0.66 | 0.28 |
| 18 | 0.7664 | 0.7 | 8.6 |
| 19 | 1.0313 | 0.93 | 9.8 |
| 20. | 1.0749 | 1.01 | 6.03 |
表5所示。对比实验和有限元分析的扭曲
图6:变形分布(a)最小误差测试17 (b)最大误差测试8。
图7:对比实验和有限元分析的扭曲。
研究不同参数的模型
人工神经网络建模:由于他们自己学习能力和改变,人工神经网络(ANN)模型可以创建一个令人印象深刻的和相同的输入参数和输出变量之间的映射(27]。在这寻找最好的ANN建模因素的影响输入焊接参数对神经网络模型检查的准确性。此外,这种方法的准确性检查通过计算均方根误差(RMSE)和最大误差,测量之间的差异和学习速率和动量系数的估算值。
图8是一个图结构的人工神经网络模型,具有7输入,6在隐层节点,1个输出节点。这是人工神经网络建模的流程集成焊接参数对变形的影响。第二个ANN模型已经被放在一起训练的结果能源部的(表6)。ANN模型,数据已经学习和训练使用表6扭曲的最少的错误。然后,七个输入参数如电压、送丝速度、喷嘴和焊缝之间的距离,旅行速度,根的脸,和根部间隙用于实现训练数据。简而言之,表4和4 b表明,ANN模型是指焊接工艺参数如何影响畸变是可靠的。
(一)
| (一) | |
|---|---|
| 失真 | |
| RMSE | 最大的错误 |
| 8.66 e-09 | 8.76 e-06 |
(b)
| (b) | |
|---|---|
| 失真 | |
| RMSE | 最大的错误 |
| 70 e-09 | 99 e-05 |
图8:ANN模型的体系结构。
焊接工艺参数对变形的影响
图6显示电压畸变的影响在不同的送丝速度和与其他参数的变化。根据结果,可以表示如下:
1。根部间隙图9 (a)1 - 4:
•在所有送丝速度,没有变化的影响在0到0.17之间的差距(经实验和有限元分析)。
•低送丝速度,增加电压使增加失真。
•在更高的送丝速度、最小失真最低电压和最大变形的最大电压。
2。根的脸图9 (b)1 - 4:
•高送丝速度(89和94毫米/秒),没有重大影响变异的根面(经有限元分析)。
•在低送丝速度(72和81毫米/秒),最大变形发生在最小电压,和所有送丝速度、最小失真发生至少齿根面(1.5毫米)。
•21 V和23个,之间的电压为72年和94年之间的所有送丝速度mm / s,变形几乎是一样的。
3所示。焊缝的距离图9 (c)1 - 4:
•21 V和23 V之间的电压,为所有类型的送丝速度(72至94 mm / s),没有影响DISW(9到11毫米)变形与实验和有限元分析(确认)。
•所有送丝速度和DISW、最小变形发生在23 V。
•在送丝速度89 mm / s,变形的变化是相同的所有DISW与有限元分析(确认)。
4所示。旅行速度图9 (d)1 - 4:
•在所有高送丝速度(89 - 94 mm / s),通过增加电压,扭曲的范围是相同的所有变化的旅行速度(经有限元分析)。
•所有范围的送丝速度和旅行速度、最小失真几乎发生在23 V。
•在高送丝速度(89 - 94 mm / s),最大变形发生在24 V(经有限元分析)。
5。枪角图9 (e)1 - 4:
•在所有高的送丝速度(89 - 94 mm / s),通过增加电压,失真的变化是相同的所有范围的枪角(经有限元分析)。
•23日最小失真为送丝速度V和枪支12度角从81到93毫米/秒(经有限元分析)。
•对送丝速度的范围在89和94毫米/秒,24.5 V的范围设置最大失真的枪角9到12度。
•几乎所有的送丝速度在72年和94毫米/秒之间,枪的扭曲角12度角小于其他范围的枪和枪9度比其他枪角的范围。
图9:失真与电压关系图对不同送丝速度的变化(a)根部间隙(0 - 0.17 mm) (b)齿根面(1.5到2.5毫米)(c)的距离喷嘴焊接(9到11毫米)(d)旅行速度(9至12毫米/秒)(e)枪角(9到12度)。
在目前的研究中,金属极惰性气体保护电弧焊(GMAW)过程应用AA6061-T6臀部关节。本文的主要目的是评估的影响电压和送丝速度等焊接参数在不同的速度旅行,根部间隙,根的脸,枪角度,距离喷嘴焊接变形。本研究关注的电压的变化和WFS和这些输出参数的影响。田口方法是用来减少实验的数量,和ANN模型实现预期的行为关节和参数对输出。最后,一个有限元分析进行了确认实验和ANN模型。从这个研究可以得出以下结论和调查:
1。送丝速度,电压,和旅行速度的因素最能影响失真。
2。测量电弧电压之间的不熔化的电极和熔池的表面。这部分取决于焊机的技术。如果由一个已认可的焊接电压范围内的表示方法,它应该可以创建可接受的焊接。一个凸和狭窄的珠结果太低了电弧电压(短弧长)对于一个给定的电流。相比之下,提高电弧电压(长弧)导致更大,平珠与潜在的削弱,部分融合,沉重的飞溅。在实践中,电弧电压是最重要的仪器控制焊缝的形状。
3所示。实验表明,过度的旅行速度(降低热输入)导致更小、凸珠与限制渗透,可能削弱脚趾。然而,如果旅行速度太慢,熔化焊的电弧力吸收池而不是基础材料的前沿池,导致大规模的有限的焊缝渗透。当通过薄材料缓慢移动时,可以建立并导致材料热融化。
4所示。喷嘴之间的距离和工作是最重要的因素。特定电压设置(弧长),增加距离增加电极扩展。电弧电压降低由于增加电压降穿过电极扩展的时间越长,而整个由于电源电压保持不变的恒压输出。这两种元素降低弧冷却器和渗透。
这项研究支持了基金的皮队。
作者宣称没有利益冲突。
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