法国Bertrand教授:可在线控制工艺和优化焊缝几何形状的多模块WAAM最佳工作台设计

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2019
09/30
15:43
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Bertrand WATTRISSE,法国蒙彼利埃大学机械与材料交叉学科教授。主要研究方向:机械成像,材料行为和热机械耦合问题。


演讲主题:《可在线控制工艺和优化焊缝几何形状的多模块WAAM最佳工作台设计》
   
以下为演讲速记和现场PPT拍摄,如有内容不宜公开,请联系南极熊。


女士们、先生们,非常感谢大家的参与,我的实验室在法国的蒙彼利埃大学,非常感谢卢院士的邀请,首先给大家一个比较广泛的概念去了解一下最基本的技术的特征和原理,我们现在已经有了很多的优化,主要发生在焊缝几何形状这一部分。我来自于蒙彼利埃大学,它是法国一个学校,比邻世界知名城市嘎纳,我实验室涉及到机械,土木工程方面,我们有不同的研究领域,我们有一个团队,主要是研究焊缝基本的情况,我们也会研究相关的一些领域,我主要负责实验室的项目。


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第一部分是我们所处的团队,我们有热机械的性能研究,对材料的热性能和机械性能进行研究,我们对材料的稳定性进行研究,做了很多的样本和很多材料的分析,我们有不同程度的分析,使用先进的设备,我们使用数字化的对标,而且从这个方法中可以得到很多的信息和数据,数据传输过来就会对数据进行处理。同时我们会建立起模型,我们的模型比较稳定,我们会将这些模型使用模拟的工具,来对数据进行处理,所以应用到更复杂的结构。


我们用了比较光谱性研究的工具,我们会不断地问很多的问题,比如说对材料来说它的性能如何,整个能量场的分布,通过光谱仪器进行研究。
   

对于应用方面,光谱仪器的应用也是非常广泛,我们有很多应用的场景,比如说对这个材料的疲劳特性进行研究,对材料的设计进行研究,我们通过光谱研究的方法也开发了很多的工具,对材料的机械性能进行研究,我们搜集很多的数据,把数据进行整合,建立起自己的数据库。更多把自己的重点放在铸件的生产和制造。我们很多同事以一个团队的形式,我们一些同事致力于研究机械方面,有些研究热动力学方面,有的研究冶金方面,他们非常了解焊接整个工艺的流程,焊接整体工艺的步骤都是非常熟悉的,他们会开发出来最适合的方法,而且会了解焊接材料一些基本的性能。通过应用这些工艺,我们也会建立起来在工艺流程中各个部分之间,各个工艺环节之间他们产生的互动影响,从而进行最佳的焊接优化,同时我们会有非常好的解决方案提供。通过一个工艺,对方案进行不断地优化,尤其是对于生产价值链来看,从生产链来看是非常重要的,而且我们会有一个战略性的计划,我们想要把机器人引入到工艺中去,在整个控制过程中,我们有很多其他领域的合作伙伴,尤其是使用计算机以及机器人是我们未来的一个走向。


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我们对性能进行归类,这些归类后的性能就是我们研究的关键部分,我跟大家说一下我们进行的实验活动,有AS活动,涉及到叶相,热传递,量传递基本的行为还有熔冶金的固化,热和机械性能的一些研究,整个结构和材料的情况,涉及到很多工艺,我们开发了一系列模拟的模型,而且我们进行的这些实验都是具有非常高的复杂度,我们也做了很多实验,在实验中我们都是想要能够获取整体的评价机制,对现象进行评价,尤其在整个焊接工艺中都有什么现象,我们都会对此进行分析和研究,这是具像的研究过程。


我们由此获得非常有价值的信息,从而更好地指导我们焊接工艺流程的整体处理。


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在这一部分我想跟大家举一些例子,尤其是我们采用的AS的步骤和方法,我们有使用不同的工艺,像这种铸形,这是一种固化的过程,我们同时在这里,大家可以看到有展现出来,我们用高速摄像机记录这个表面的过程,我们也用痕迹追踪的设备和仪器来看焊接剂,在焊接表面开始凝固的时候,它后期变化的状态,我们最后也会有相关的工作,这个在整个过程中,把我们的研究项目往前推动,我们建立了一个模拟的过程和模拟的状态,尤其是对它的可塑性,热性和机械性进行研究,而且我们也看到在工作指南的指导下进行了自己的实验和研究。
   
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跟大家探讨我们技术的平台,我们研究中采用了这个技术的平台,这个平台是一个界面,这个界面可以帮助我们进行教学工作和研究的工作,它可以支持创新性和跨多学科领域的研究,而且可以进行设计,同时也可以更新我们教学的计划,对我们的增材工业的发展具有非常大的好处。


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跟大家说第一个工艺,这是我们最基础的想法,去使用经典性的模型设定起来,来看焊缝形成的过程,如果说你的工艺控制不好的话,我们工艺发展就会特别受到影响,尤其对它的结构产生毁灭性的影响,在这个工艺过程中我们使用三种设计工具。在普适共识所使用的工具中它的优势可以体现出来,而且它根据我们最基本的情况进行设计。
   
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另外一点是CMT的工艺,MIG由短路的控制,金属的传布分为四个部分,有电弧的过程,短的线路的过程,这展现出来它的一个CMT过程中的整体的循环。
   
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下面这个部分更多给大家讲到3D的定位,以及对于3D打印过程的控制,我们说到这一点,跟之前我的PPT息息相关,我们使用这个部分对于打印机头进行控制,我们有一个工业台,工业台使用开源软件,能提供一个最基础的工作欢迎环境,我们使用半自动化的处理控制结构,它基于我们的模型设计、生产和操作,总共是三个环节,这些所有的工艺都是使用不同的工具进行控制的。首先我们有实时的摄像,数据获取的工具,这个工具可以帮助我们捕捉到、甚至处理最基础的数据,如果我们有了基础数据,就会把这个数据实时的传输过来,这个是实时的工艺监控系统,我们全部都是使用实时系统,由此我们可以得到这个电子化的信息,我们看到所使用的是25K赫兹标准,在整个过程中我们可以看到它整个制造的环节和工艺,这些工具也可以进行优化,尤其是对于焊缝几何形状进行优化,比如说我们看到一些参数都对我们的公议产生很多的影响,在最开始的部分,参数的选择十分重要,尤其是在我们操作最开始的阶段,我们有很多不同的参数,很多参数可以进行调整。


大家看到右边的这个部分,如果只是改变了一毫米的位置,这个界面就是很大程度上做了相关的改动,它还可以对焊缝的几何图形进行更改。另外一点我们可以看到,在工业参数的影响是非常重要的,我们焊接的速度也是会对最终的结果产生非常大的影响,尤其是大家看到最底下这一个数值,这个数值直接影响到对我们产品结构的质量方面造成非常大的影响。
   
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通过优化部分,对参数进行优化,我们可以试图去控制这些部分,这些我们需要优化的部分,这是一些例子,我们能做一些什么呢?这是线上的监控系统,在整个工艺部分中,我们有非常大量的数据需要进行处理,我们可以使用这些数据来自动进行象的甄别,比如像各种气象界面的监控,都是通过自动的方法来进行数字处理的,尤其是它的能量场,还有像它进行估算的部分,对于每一个单项可以进行估算,这是我举两个例子,左边和右边各有一个例子。
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我们可以看到平均的延长时间,我们可以用这个数字符号代替它作为展示,我们也可以从这里面看到在操作过程中,我们整体的控制确实跟焊量之间的关系,因为这之间的关系可以更好地去控制焊缝的几何形状。
   
大家看到右边在工艺流程中,我们对此进行了控制,所以可以看到它质量和数量都可以得到比较平稳的控制,这样我们焊接的质量也可以进行优化。
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到了结论的部分,我想给大家抛砖引玉,去引发大家一些思考和想,这是我们所使用的增材制造最为关键的一个部分,尤其是对于工艺控制来说至为关键的一点,它可以为我们提供很多的信息,像焊接工艺整体的跟踪。我们目标是想要优化制造的战略来减少缺陷,对最终产品的缺陷降低到最低,有实时的工艺控制,在实时的闭环中进行实时的控制。另外一点,我们可以对机械性能的特征进行了解,比如说它硬力,疲劳性等方面进行了解,最重要的一部分可以了解到它微观结构和性能之间的关系,这些是我给大家举的一些例子。
   
最后这个部分是一个大型的结构产品,在我们的实验室由博士生做相关的实验,谢谢大家的聆听,我也为大家的提问准备好,谢谢大家。

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