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学者姓名：陈树君
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摘要 ：
Theoretically, the cross coupled arc (CCA) welding process holds the potential for decoupling heat and mass transfer during welding, allowing for independent control. However, conventional CCA processes typically utilize low-frequency alternating current (AC) as input heat sources for the bypass arc, which can lead to oscillation of the main arc due to changes in polarity of the bypass arc. This arc oscillation can result in uneven heat distribution among arcs, consequently affecting the decoupling effect on heat and mass transfer. When applied in additive manufacturing, it may cause issues such as uncontrollable droplet placement and reduced molding accuracy. To reduce the main arc oscillation, this study presents a designed and developed CCA welding heat source using a high-frequency AC square wave with an output frequency up to 20 kHz for input of bypass arc. Through analyses and experimental verification, it has been demonstrated that increasing the variable polarity frequency effectively suppresses the main arc oscillation, achieves control over the melting rate of the filled welding wire within the CCA, and enables decoupled heat transfer between the workpieces' input energy. Furthermore, after suppressing main arc oscillation, it operates with high-frequency vibrations at small amplitudes expected to induce stirring effects on molten pools, promoting dendrite fragmentation and weld grain refinement, which has important potential application and research value.
关键词 ：
Arc oscillation Arc oscillation High -frequency variable -polarity arc High -frequency variable -polarity arc Heat transfer decoupling Heat transfer decoupling Cross coupled arc Cross coupled arc
引用：
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| GB/T 7714 | Zhao, Hongyan , Lv, Tao , Zhang, Jingzhang et al. Research on suppression of cross coupled arc oscillation behavior [J]. | JOURNAL OF MANUFACTURING PROCESSES , 2024 , 115 : 365-374 . |
| MLA | Zhao, Hongyan et al. "Research on suppression of cross coupled arc oscillation behavior" . | JOURNAL OF MANUFACTURING PROCESSES 115 (2024) : 365-374 . |
| APA | Zhao, Hongyan , Lv, Tao , Zhang, Jingzhang , Yu, Yue , Chen, Shujun . Research on suppression of cross coupled arc oscillation behavior . | JOURNAL OF MANUFACTURING PROCESSES , 2024 , 115 , 365-374 . |
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摘要 ：
Robotic friction stir welding has become an important research direction in friction stir welding technology. However, the low stiffness of serial industrial robots leads to substantial, difficult-to-measure end-effector deviations under the welding forces during the friction stir welding process, impacting the welding quality. To more effectively measure the deviations in the end-effector, this study introduces a digital twin model based on the five-dimensional digital twin theory. The model obtains the current data of the robot and six-axis force sensor and calculates the real-time end deviations using the robot model. Based on this, a virtual welding model was realized by integrating the FEA model with the digital twin model using a co-simulation approach. This model achieves pre-process simulation by iteratively cycling through the simulated force from the FEA model and the end displacement from the robot model. The virtual welding model effectively predicts the welding outcomes with a mere 6.9% error in lateral deviation compared to actual welding, demonstrating its potential in optimizing welding parameters and enhancing accuracy and quality. Employing digital twin models to monitor, simulate, and optimize the welding process can reduce risks, save costs, and improve efficiency, providing new perspectives for optimizing robotic friction stir welding processes.
关键词 ：
CEL CEL welding process simulation welding process simulation deviation measurement deviation measurement RFSW RFSW robot stiffness robot stiffness
引用：
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| GB/T 7714 | Chen, Shujun , Zong, Guanchen , Kang, Cunfeng et al. Digital Twin Virtual Welding Approach of Robotic Friction Stir Welding Based on Co-Simulation of FEA Model and Robotic Model [J]. | SENSORS , 2024 , 24 (3) . |
| MLA | Chen, Shujun et al. "Digital Twin Virtual Welding Approach of Robotic Friction Stir Welding Based on Co-Simulation of FEA Model and Robotic Model" . | SENSORS 24 . 3 (2024) . |
| APA | Chen, Shujun , Zong, Guanchen , Kang, Cunfeng , Jiang, Xiaoqing . Digital Twin Virtual Welding Approach of Robotic Friction Stir Welding Based on Co-Simulation of FEA Model and Robotic Model . | SENSORS , 2024 , 24 (3) . |
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摘要 ：
To solve the problem of insufficient strength of thick aluminum alloy welded joints, this study introduces a pioneering technique known as variable-polarity plasma arc keyhole-tungsten inert gas cover hybrid welding (VPPA keyhole-TIG covering welding), which is designed for welding large-thickness aluminum alloys without any weld groove. Using 13-mm-thick 2319 aluminum alloy plates as experimental materials, plasma arc butt welding experiments were conducted by varying the plasma gas flow rate and application of cover welding. The research findings underscored that the use of cover welding, coupled with an increase in the plasma gas flow rate, markedly improved the overall performance of the weld. An average tensile strength of 299.0 +/- 4.0 MPa and an elongation rate of 4.5 +/- 0.3 % were achieved for the welded joint. A microscopic analysis revealed that the heightened plasma gas flow rate did not precipitate the 0' phase but instead resulted in undesired grain size enlargement, leading to reduced joint hardness. The secondary thermal cycle effect of covering welding played a pivotal role in facilitating the nucleation of needle-like 0' strengthening phases within the matrix, ranging in size from 50 to 150 nm. This phenomenon has emerged as a principal factor contributing to the substantial enhancement of the mechanical properties of welded joints.
关键词 ：
Al-alloy Al-alloy Plasma gas Plasma gas Mechanical properties Mechanical properties Microstructure Microstructure Thick plate Thick plate Keyhole welding Keyhole welding
引用：
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| GB/T 7714 | Wang, Xiaowei , Zhang, Pengtian , Liu, Kun et al. Optimization of microstructure and properties of thick Al alloy welded joints for one-step formation by keyhole welding [J]. | JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY , 2024 , 330 . |
| MLA | Wang, Xiaowei et al. "Optimization of microstructure and properties of thick Al alloy welded joints for one-step formation by keyhole welding" . | JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY 330 (2024) . |
| APA | Wang, Xiaowei , Zhang, Pengtian , Liu, Kun , Yan, Zhaoyang , Meng, Danyang , Jia, Yazhou et al. Optimization of microstructure and properties of thick Al alloy welded joints for one-step formation by keyhole welding . | JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY , 2024 , 330 . |
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摘要 ：
本发明公开了调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置和方法，该装置是在等离子增材制造条件下，通过对电弧的热力分布动态控制，调节电弧的热力作用，影响电弧的热力分布和热输入作用范围以及熔池流动行为，改善等离子弧增材制造中沉积层的形貌。同时该装置还与结构光相机相连，通过将相机提取到的表面信号与预设的沉积层形貌作比较所得的信息作为控制信号，控制动态推拉装置使钨极内缩量发生改变，改变沉积层的宽度和高毒，达到实时控制沉积层形貌的目标。
引用：
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| GB/T 7714 | 张国凯 , 许志合 , 蒋凡 et al. 调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置和方法 : CN202310479070.9[P]. | 2023-04-28 . |
| MLA | 张国凯 et al. "调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置和方法" : CN202310479070.9. | 2023-04-28 . |
| APA | 张国凯 , 许志合 , 蒋凡 , 陈树君 , 徐斌 , 彭勇 . 调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置和方法 : CN202310479070.9. | 2023-04-28 . |
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摘要 ：
本发明公开了一种差速旋转送丝式搅拌增材及修复焊具，包括差速搅拌针、送丝套筒、送丝压紧环和丝材；差速搅拌针同时穿入送丝套筒与送丝压紧环，差速搅拌针与送丝套筒同轴心差速旋转，两者滑动配合，所述送丝套筒和送丝压紧环同轴心，两者间隙配合，送丝套筒外壁有螺纹；送丝压紧环在直线增材时与电主轴同步前进不转动，在S型曲线、U型曲线以及螺旋型曲线增材时电主轴跟随FSW机器人六轴或机床旋转轴，依据增材曲线的角度转动；本发明可满足在设定送丝速度的前提下，通过改变差速搅拌针转速来满足焊接热输入，扩宽了工艺窗口；送丝套筒与差速搅拌针独立旋转，丝材不易断裂，促使增材过程稳定进行，可在较宽的送丝速度范围下实现增材制造。
引用：
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| GB/T 7714 | 陈树君 , 李志鹏 , 肖珺 et al. 一种差速旋转送丝式搅拌增材及修复的方法与焊具 : CN202310600837.9[P]. | 2023-05-25 . |
| MLA | 陈树君 et al. "一种差速旋转送丝式搅拌增材及修复的方法与焊具" : CN202310600837.9. | 2023-05-25 . |
| APA | 陈树君 , 李志鹏 , 肖珺 , 赵淘 , 王小伟 , 陈书锦 . 一种差速旋转送丝式搅拌增材及修复的方法与焊具 : CN202310600837.9. | 2023-05-25 . |
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摘要 ：
本发明提供了一种摆动激光扫描辅助高速焊接熔丝成形方法及系统，涉及增材制造或焊接技术领域。该方法包括：步骤一：提供行进设备，安装摆动激光头和电弧焊枪，摆动激光头与激光发生器连接，电弧焊枪接通电源；步骤二：调整摆动激光头和电弧焊枪位置，接入焊接保护气；步骤三：设置激光和焊枪参数；步骤四：通入焊接保护气，启动摆动激光头与电弧焊枪，使摆动激光束在电弧熔池前方随焊或预先清洗母材，形成特定纹路，电弧焊枪抵达纹路区域作业；步骤五：到预定长度后，关闭各个设备。该系统包括方法中使用的各部件，通过本发明方法及系统，能够对熔池起到定向引导和约束作用，对焊道边界精确控制，抑制成形缺陷，提高成形精度与质量。
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| GB/T 7714 | 肖珺 , 葛欣雨 , 陈树君 et al. 一种摆动激光扫描辅助高速焊接熔丝成形方法及系统 : CN202310597816.6[P]. | 2023-05-24 . |
| MLA | 肖珺 et al. "一种摆动激光扫描辅助高速焊接熔丝成形方法及系统" : CN202310597816.6. | 2023-05-24 . |
| APA | 肖珺 , 葛欣雨 , 陈树君 , 盖胜男 , 闫朝阳 . 一种摆动激光扫描辅助高速焊接熔丝成形方法及系统 : CN202310597816.6. | 2023-05-24 . |
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摘要 ：
本发明提供了一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法，装置包括：第一交流电源，第一焊丝，第一送丝系统，温度采集仪，第二焊丝，第二送丝系统，钨极组管，第三送丝系统，第三焊丝，等离子焊枪，第二交流电源和待加工的工件；所述钨极组管的中心具有通孔，所述第一焊丝可伸缩地穿过所述通孔，所述第一送丝系统驱动连接所述第一焊丝；第一交流电源、第二焊丝、电弧、第三焊丝组成电流回路；第二交流电源、钨极组管、电弧、工件组成电流回路；所述温度采集仪安装在所述等离子焊枪上，用于采集所述熔池的温度，所述温度采集仪与所述第一送丝系统相连接。本发明通过引入多极焊丝，在丰富增材件成分的同时，能够主动地调节增材过程中的熔池温度。
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| GB/T 7714 | 陈树君 , 王小伟 , 闫朝阳 et al. 一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法 : CN202310519673.7[P]. | 2023-05-09 . |
| MLA | 陈树君 et al. "一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法" : CN202310519673.7. | 2023-05-09 . |
| APA | 陈树君 , 王小伟 , 闫朝阳 , 肖珺 , 郭凯伟 . 一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法 : CN202310519673.7. | 2023-05-09 . |
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摘要 ：
本发明公开了一种铝合金氧化膜激光‑电弧复合清洗方法，涉及铝合金焊接/增材制造技术领域。该方法首先用激光清洗去除母材/工件表面一致深度的氧化膜，由于表面氧化膜/污渍厚度不一，激光清洗后表面残余氧化膜将以散点形式分布。后紧跟电弧阴极清洗，此时阴极斑点将自动寻找残余氧化膜，实现氧化膜的定点清洗。本发明能够最大程度地去除铝合金表面的氧化膜，清洗区域可自由调节，不会对母材组织造成明显不良影响，可以做到随清随焊，有效防止氧化膜的再生，工作效率得到明显提升。
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| GB/T 7714 | 蒋凡 , 刘豪 , 张国凯 et al. 一种铝合金氧化膜激光-电弧复合清洗方法 : CN202310645877.5[P]. | 2023-06-02 . |
| MLA | 蒋凡 et al. "一种铝合金氧化膜激光-电弧复合清洗方法" : CN202310645877.5. | 2023-06-02 . |
| APA | 蒋凡 , 刘豪 , 张国凯 , 许志合 , 陈树君 , 徐斌 et al. 一种铝合金氧化膜激光-电弧复合清洗方法 : CN202310645877.5. | 2023-06-02 . |
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摘要 ：
本发明公开了一种基于交叉耦合电弧的多丝增材制造装置及控制方法，包括特制多丝增材焊枪、基板、气瓶、第一熔化极气体保护焊电源、第二熔化极气体保护焊电源、第一送丝机构、第二送丝机构、第三送丝机构、第四送机构。该装置利用两台熔化极气体保护焊电源、四台送丝机以及特制焊枪形成两条十字交叉的焊接回路，两个垂直电流产生的磁场作用于电弧之上，电弧出现特定绕弧行为，电弧绕行电极，产生两段C型电弧重叠耦合的U型电弧。U型电弧所产生热量主要用于熔化丝材，重力及沿重力方向的电弧力进行熔滴过渡，实现增材过程中热‑质‑力解耦，减少增材过程中对已成形沉积层热量输入，防止沉积层产生重熔缺陷，提高到热源利用率。
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| GB/T 7714 | 陈树君 , 许志合 , 张国凯 et al. 一种基于交叉耦合电弧的多丝增材制造装置及控制方法 : CN202310230979.0[P]. | 2023-03-12 . |
| MLA | 陈树君 et al. "一种基于交叉耦合电弧的多丝增材制造装置及控制方法" : CN202310230979.0. | 2023-03-12 . |
| APA | 陈树君 , 许志合 , 张国凯 , 蒋凡 , 徐斌 , 孔德诚 . 一种基于交叉耦合电弧的多丝增材制造装置及控制方法 : CN202310230979.0. | 2023-03-12 . |
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摘要 ：
本发明涉及纳秒激光技术领域，尤其是涉及一种单晶氧化铝和金属铜的连接方法，包括以下步骤：使用纳秒激光扫描单晶氧化铝和金属铜的待连接处，实现对单晶氧化铝和金属铜的连接，所述纳秒激光的脉冲宽度为50‑200ns，激光重复频率为50‑500KHz，激光功率为5‑15W，激光光斑直径为20‑50μm，所述纳秒激光扫描时，扫描速度为30‑200mm/s，扫描线间距为40‑200μm，扫描次数为1‑10次。本发明使用纳秒激光对单晶氧化铝和金属铜进行连接，相比于扩散连接、钎焊和氧化物烧结等传统方法，具备连接效率更高的优势，相对于飞秒激光连接而言其成本更低，且纳秒激光器的发展更为完善适于工业应用。
引用：
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| GB/T 7714 | 潘瑞 , 冯英豪 , 陈树君 et al. 一种单晶氧化铝和金属铜的连接方法 : CN202310369112.3[P]. | 2023-04-07 . |
| MLA | 潘瑞 et al. "一种单晶氧化铝和金属铜的连接方法" : CN202310369112.3. | 2023-04-07 . |
| APA | 潘瑞 , 冯英豪 , 陈树君 , 周韬帅 , 杨东 , 董志森 et al. 一种单晶氧化铝和金属铜的连接方法 : CN202310369112.3. | 2023-04-07 . |
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