面向空间拼缝的激光焊接机床研制

论文摘要

航空构件的拼缝是空间拼缝,形状复杂,很不规则,且航空构件大多是钛、铝合金等材料的薄壁件,在焊接过程中,受热会产生显著变形,从而使拼缝发生变形。随着航空制造业的发展,对航空构件焊接质量和效率也提出了更高要求,传统的焊接技术已很难达到这种焊接要求。激光焊接因具有能量密度高、变形小、速度快、焊接精度高、质量好、易操作等优点,能显著减轻航空焊接件的重量,提高焊接质量,在航空焊接领域得到了广泛运用。目前国内还没有这种激光焊接设备和技术,而国外在这方面的研究已经比较成熟,但其核心技术是保密的。我国所需要的焊接设备大多从国外进口,并且价格昂贵。因此,研制面向航空构件空间拼缝的激光焊接机床对促进我国航空制造业的发展及提高国家基础制造装备水平具有重要意义。本文基于航空构件的特殊材料和空间拼缝的特殊焊接要求,研制了具有在线测量和实时动态补偿功能的激光焊接机床。本文先介绍了国内外航空焊接领域激光焊接技术的研究现状,讨论了本文研究的意义和内容,提出了总体技术方案。接着进行了需求分析和总体运动方案设计,并完成了各功能部件的设计,开发了能同时保证焊接和测量位置与姿态的焊测集成装置,该机床能够实现激光焊接、随动复合焊接、填丝焊接等多种功能。随后对各功能部件进行了性能分析和结构优化,完成了整机结构优化,并对机床整体进行了机电联合仿真分析,最后完成了机床的研制。在试验中采用ODS方法对机床进行分析,结果证明了机床结构性能良好,也验证了优化设计方案的有效性。并利用相关的焊接机理和工艺等方面的研究成果,在该机床上进行航空构件模拟件空间拼缝的实验研究,最后在机床上完成了模拟件的焊接,取得了很好的焊接效果。通过本文的研究,为航空构件激光焊接机理及工艺进一步研究提供了实验平台,为航空构件激光焊接的深入研究提供了技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容和意义
• 1.4 本章小结
• 2 机床总体运动方案设计
• 2.1 需求分析
• 2.2 总体运动方案设计
• 2.3 小结
• 3 机床结构设计与优化
• 3.1 整机结构设计
• 3.2 机床功能部件设计
• 3.3 功能部件性能分析
• 3.4 整机动态分析与优化
• 3.5 机床机电联合仿真分析
• 3.6 机床研制
• 3.7 小结
• 4 机床特性实验
• 4.1 机床特性实验研究
• 4.2 空间拼缝模拟件焊接实验
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读学位期间发表论文