精密成形工程

作者：徐柳铭, 刘杰, 孔祥力, 嵇东雷, 肖安冬, 成传诗

单位：中国长江电力股份有限公司,湖北 宜昌 443002

关键词：电弧增材制造,多枪协同,轨迹规划,轨迹均匀性,热-力耦合仿真

基金：中国长江电力股份有限公司科研项目（Z232402013）

目的 针对电弧增材制造在大尺寸圆柱零件表面熔覆中因采用单一焊枪、顺序打印路径而导致的热积聚严重、残余应力大等问题,研究多焊枪协同轨迹规划策略。方法 首先设计了一种中心回转轴+四焊枪（环向间隔90°）的多枪协同电弧增材制造系统,系统主要有3种运动方式：回转轴带动焊枪统一旋转;焊枪沿径向朝着或远离回转中心运动;焊枪上下运动。其次,构建了打印轨迹的空间-时间均布指标体系,并基于模拟退火算法提出了近似全局最优轨迹打印顺序规划方法,以均衡打印过程中的温度场和应力场分布。再次,通过有限元生死单元技术对打印过程进行了热-力耦合仿真,对比分析了3种轨迹策略（顺序打印、交叉打印、优化顺序）的温度场、应力场。最后,基于机器人电弧增材平台进行了柱面熔覆实验。结果 3种轨迹策略的仿真结果表明,采用本算法优化后的打印顺序,可以得到最优的温度场和应力场,相比于按照高度由低向高的传统顺序打印,可使峰值温度和峰值应力分别降低19%、18%,验证了算法的有效性。对熔覆实验件的拉伸强度、尺寸精度、金相组织进行了测试,均取得了较好的结果。结论 采用本文提出的轨迹顺序优化策略能够显著降低打印过程中的最大温度和热应力,且得到良好的成形性能和精度,为多枪柱面增材熔覆的轨迹规划提供一定的参考。

来源：2026年第3期

《精密成形工程》期刊编辑部

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