激光拼焊成套装备定位方法及焊接工艺研究

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题名	激光拼焊成套装备定位方法及焊接工艺研究
作者	房灵申1,2
答辩日期	2008-01-18
文献子类	博士
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	沈阳
导师	赵明扬
关键词	激光拼焊成套装备激光焊接工艺工艺库性能预测
学位名称	博士
其他题名	Research on Orientation Technique and Crafts of Tailor Blank Laser Welding Line
学位专业	机械电子工程
英文摘要	激光拼焊由于具有能量密度高，焊缝深宽比大，变形和热影响区小，焊接速度快，满足工件不同部位对材料各自性能的需求，焊接质量好，容易实现自动化等众多优点，使其广泛应用于工业中各个领域。激光拼焊生产线是利用高能激光作为焊接热源，将两块或多块汽车板材一次焊接成形，实现高效全自动化生产，年产可达百万片，以满足汽车行业的需求。而我国作为世界制造加工大国，目前尚不能完全独立自主开发激光拼焊成套装备。针对自主开发激光拼焊成套装备的几个关键技术点，本文以中国科学院知识创新工程重要方向性项目“全自动激光拼焊成套装备关键技术研究与示范应用”为课题背景，结合项目实际开发中的具体要求，在对现有激光拼焊技术深入分析的基础上，对激光拼焊定位夹紧、最优化激光拼焊工艺和焊接接头机械性能、金相组织等方面进行了深入研究，得出了激光拼焊最优工艺规范和相应的焊接质量变化规律，为激光拼焊成套装备开发提供参考。第一部分激光拼焊定位夹紧对中方法研究。重点分析了由于激光光束本身条件限制、激光拼焊生产线高速高效的要求、激光焊接热变形和目前国内汽车板材本身理化性能一致性差以及激光焊接过程中的诸多不确定因素，总结出了激光拼焊生产线工装夹具设计影响因素，并在此基础上指出了激光拼焊定位夹紧结构所应具备的功能特征。针对激光拼焊板材介于刚体和弹性体之间的柔性体特征，结合传统的定位原理“3-2-1”，提出了“N-2-1”的定位方式，给出了激光拼焊夹具定位原理及设计准则，初步建立了激光拼焊夹具参数化零件库和相应准则，并对激光拼焊夹紧机构进行了柔性分析，给出了拼焊夹具的柔性评价方案。第二部分激光拼焊工艺研究。首先分析了激光拼焊工艺特征，重点研究了在大功率固态激光器条件下，激光拼焊焊接工艺参数主要包括激光功率、焊接速度、离焦量和侧吹保护气体的喷嘴高度、倾斜角度及气体流量等因素变化对焊接质量的影响，得出了变化规律曲线，为激光拼焊工艺规范微调方向提供参考依据;同时也为激光工艺库开发提供推理机制。最后系统全面地研究了目前汽车常用板材全厚度系列激光拼焊工艺，采用叠代寻优的方法获得到了适用于全自动激光拼焊生产线的最优化工艺规范。第三部分激光拼焊工艺库开发。针对激光拼焊成套装备项目开发面临的问题：在中国市场中，激光拼焊成套装备销售必须附带汽车行业常用工艺规范库的现实问题。在大量试验的基础上，借助于VB6.0集成开发环境，建立了激光拼焊工艺库系统，主要包括激光拼焊示范应用模块、工艺参数查询模块、经济评估模块、数据库维护模块、管理查询模块等，初步实现了系统演示、查询、评估、管理等功能，基本满足激光拼焊生产线要求。第四部分激光拼焊焊接接头金相组织性能研究。结合金属Fe3C相图，分析了在激光焊接快速冷却、大过冷度条件下，分别从合金性质、成分、固/液界面上的表面能、均相成核速度和固相生长速度等角度，探讨了金相组织结构变化特征。然后通过试验分别研究了汽车碳钢板和不锈钢板激光拼焊时，板材厚度、激光功率、焊接速度等工艺参数变化，对激光拼焊焊接接头的抗拉强度、显微组织硬度和金相组织结构影响。第五部分针对激光拼焊钢板实际生产中，存在着焊接性能随焊接工艺变化差异大的问题，利用激光拼焊生产线实际得到的数据，建立了基于BP神经网络激光拼焊焊接性能预测模型，初步实现了根据工艺参数的改变，直接预测焊接力学性能的目的，克服了激光拼焊初期需大量试验性研究的缺点，为工艺参数优化研究提供了一种有效的手段。
语种	中文
产权排序	1
公开日期	2010-11-29
页码	89页
分类号	TG4
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.72.131.170//handle/173321/99]
专题	沈阳自动化研究所_装备制造技术研究室
作者单位	1.中国科学院研究生院 2.中国科学院沈阳自动化研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	房灵申. 激光拼焊成套装备定位方法及焊接工艺研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2008.