白车身激光焊接单元设计与搭接焊接头性能研究

论文摘要

随着激光焊接技术在汽车车身制造中的广泛应用，激光焊接逐渐取代传统的焊接工艺。与传统的焊接方法相比，采用激光焊接工艺可以减少车身材料消耗，减轻车身重量，提高车身装配精度和刚度，进而提高车身的安全性能。激光焊接技术在国内取得了长足的发展，但在汽车制造方面的应用与国外尚存在较大差距，目前主要还是引进国外成套车身组焊激光加工设备和技术，有的厂家则直接进口国外激光加工的零部件。自主品牌汽车车身的激光组焊生产线的研发起步较晚，发展也比较慢。这阻碍了激光焊接这一高新技术的应用推广，降低了激光产业化水平。本课题将在汽车车身组焊生产线和车身焊接工艺技术方面展开研究，这对提升制造装备的集成能力，促进民族汽车工业发展具有重要的战略意义。本文综述了国内外研究现状，主要对汽车白车身激光焊接单元总体布局进行了初步设计，在上述搭建的激光组焊单元平台上进行激光焊接汽车车身零部件试验，之后重点对镀锌板光纤激光焊与CO2激光焊的性能进行了比较分析。首先，分析白车身零部件结构和制造工艺流程；依据技术先进、经济合理及生产适用的原则，对激光焊接单元主要设备进行选型和设计；基于生产单元安全性的考虑，进行激光焊接生产单元总体布局设计，并对焊接单元进行实体仿真和工艺可行性分析。其次，选用合适的焊接工艺参数，分别采用电阻点焊和光纤激光焊对车门分总成之一的防撞杆进行焊接，参照电阻点焊的焊点布置情况，提出光纤激光焊接防撞杆的焊缝布置方案。焊接试验完成后，在LMS振动测试仪上对电阻点焊与激光焊防撞杆进行动态刚度比较分析，通过分析采集到的数据，得到自由模态前三阶固有频率和各阶振型，进而评价其焊接质量。最后，对镀锌板光纤激光焊与CO2激光焊的性能进行比较分析。针对不同板材搭接方式，设计不同长度的激光焊缝，分析激光焊缝长度增加时接头力学性能的变化情况。通过拉剪试验数据的处理和分析，总结出两种类型激光器对不同镀锌板材搭接接头力学性能的影响规律。此外，对光纤激光焊接头与CO2激光焊接头的金相组织、显微硬度进行比较分析。结果表明，光纤激光焊接头的显微组织较CO2激光焊接头细小均匀，显微硬度略高于CO2激光焊接头。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 激光焊接技术概述
• 1.2.1 激光焊接原理
• 1.2.2 激光焊接的特点
• 1.2.3 激光焊接技术在汽车工业中的应用
• 1.2.3.1 激光拼焊技术
• 1.2.3.2 车身的激光焊接
• 1.2.3.3 汽车零部件激光焊接
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 白车身焊接生产线的研究现状
• 1.3.2 车身镀锌板激光焊接特性的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 汽车白车身激光焊接单元总体设计
• 2.1 汽车焊装生产线设计特点和思路
• 2.2 车身零部件结构分析
• 2.3 焊接单元主要设备选型
• 2.3.1 激光器与焊接头
• 2.3.2 机器人
• 2.3.3 焊接夹具
• 2.3.4 PLC 控制装置
• 2.4 激光组焊单元布局设计与仿真
• 2.4.1 激光焊接单元布局设计
• 2.4.2 激光组焊单元的仿真
• 2.5 本章小结
• 第3章 车身零部件搭接焊性能研究
• 3.1 电阻点焊与激光焊
• 3.2 影响三维激光焊接质量的工艺参数
• 3.3 试验条件与方法
• 3.3.1 试验设备及方法
• 3.3.2 试验材料
• 3.3.3 试验方案
• 3.4 试验结果与分析
• 3.4.1 防撞杆光纤激光焊与电阻点焊效率
• 3.4.2 动态刚度模态分析基础及方法
• 3.4.3 光纤激光焊与电阻点焊防撞杆的动态刚度比较分析
• 3.5 本章小结
• 2激光搭接焊性能比较分析'>第4章 车身用镀锌板的光纤激光与 CO₂激光搭接焊性能比较分析
• 4.1 试验条件与方法
• 4.1.1 试验设备
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 试验材料
• 4.1.4 试验参数
• 4.2 试验结果与分析
• 2激光焊缝表面形貌'>4.2.1 光纤激光焊缝与 CO₂激光焊缝表面形貌
• 4.2.2 两种光源作用下焊缝的横截面形状
• 2激光焊接接头力学性能比较'>4.2.3 光纤激光与 CO₂激光焊接接头力学性能比较
• 2激光焊接头的金相组织比较分析'>4.2.4 光纤激光焊与 CO₂激光焊接头的金相组织比较分析
• 2激光焊接头的显微硬度比较分析'>4.2.5 光纤激光焊与 CO₂激光焊接头的显微硬度比较分析
• 4.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录