Pyrometrin integrointi WAAM-prosessiin

Abstract

Opinnäytetyössä tarkasteltiin pyrometrin käyttöönottoa Wire Arc Additive Manu-facturing (WAAM) -hitsausprosessissa. Työn tavoitteena oli mitata kerrosten välistä lämpötilaa sekä selvittää lämpötilaraja, jolla kappaleen laatu säilyi hyvä-nä ja valmistus pysyi tehokkaana.

Taustateoriassa käsitellään WAAM-menetelmän toimintaperiaate ja kaarihit-sauksen keskeiset prosessimuuttujat. Lisäksi tarkastellaan pyrometrin mittaus-periaate ja mittaustarkkuuteen vaikuttavat tekijät, kuten mittausetäisyys ja emissiivisyys. Kokeellisessa osuudessa pyrometri integroidaan hitsausrobottiin. Hitsauskokeissa lämpötilarajaa muutetaan vaiheittain ja samalla arvioidaan kappaleen ulkoista laatua sekä jäähtymisaikoja.

Tulokset osoittavat, että liian korkea aloituslämpötila heikentää laatua selvästi. Noin 250 celsiusasteen jälkeen laatu alkaa heikentyä ja noin 380 celsiusaste pilaa kappaleen. Kun lämpötilarajaksi asetetaan 175 celsiusastetta, laatu para-nee, mutta jäähdytys pidentää valmistusaikaa. Langansyöttönopeuden pienen-täminen parantaa pinnanlaatua ja lyhentää jäähdytysaikoja. Ulkoisten havainto-jen perusteella noin 250 celsiusasteen raja antaa tasapainoisen lopputuloksen.

This thesis examines the integration of a pyrometer into a Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) welding process. The aim was to enable interpass temperature measurement and to determine a interpass temperature limit at which part quality remains good while production stays efficient.

The theoretical background discusses the operating principle of WAAM and the key process parameters of arc welding. Additionally, the operating principle of the pyrometer and the factors affecting measurement accuracy, such as measurement distance and emissivity, are examined. In the experimental section, the pyrometer was integrated into the welding robot. In the welding tests, the interpass temperature limit was adjusted while the external quality of the part and cooling times were evaluated.

The results indicate that an excessively high starting temperature degrades quality. After approximately 250 °C the quality begins to deteriorate, and at around 380 °C the build fails. Setting the limit to 175 °C improves quality but increases production time due to longer cooling. Reducing wire feed speed improves surface quality and shortens cooling times. Based on external observations an interpass limit of approximately 250 °C provides a balanced outcome.