激光拼焊碾压预成型的工艺研究及机构设计

论文摘要

激光焊接作为激光加工的重要组成部分,其应用范围几乎涵盖了所有的焊接领域,在汽车制造领域中处于举足轻重的地位。激光拼焊是采用激光作为能源,将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材或铝材进行自动焊接而形成一块整体板材,以满足零部件对材料性能的不同要求。由于采用激光焊接时激光能量集中,光束直径很小,如果两被焊板材边缘配合精度不高使焊缝间间隙过大,激光将无功透过间隙而影响焊接质量。由于普通剪板机的剪切误差使剪切的板材边缘不能精确平直,另外还有焊机本身的定位对中误差等因素使两板装配后的配合精度很难达到激光焊接要求。这就要求焊接前对板材边缘进行预处理以使其达到激光焊接要求。本文提出了长焊缝碾压预成型技术,即通过碾压轮对被焊厚板焊缝边缘进行碾压,使其发生向焊缝方向的塑性变形来填补两板间的间隙,以降低激光拼焊对板材边缘直线度及焊机定位对中精度的要求,从而提高激光拼焊的质量和效率。首先,通过建立数学模型分析了板材在碾压过程中的受力模型,给出了板材顺利进入碾压和进行继续碾压需要满足的条件;其次,通过利用有限元仿真和试验验证的方法分析碾压过程中影响因素,这些影响因素包括碾压工艺参数、碾压轮的几何参数、板材的厚度等;最后利用Kriging近似优化模型对碾压轮的几何参数即碾压轮的半径、厚度和边缘形状进行了优化设计。依据本文理论设计的长焊缝碾压预成型试验台的试验结果显示,焊缝碾压预成型技术能有效降低激光拼焊对板材边缘质量及焊机定位对中精度的要求,能够有效的提高激光拼焊焊接质量和效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 激光拼焊发展概述
• 1.3 焊缝预成型技术的国内外现状
• 1.4 课题来源及研究的目的和意义
• 1.5 本文的主要研究内容及章节安排
• 第2章 碾压过程的理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 碾压预成型过程的数值模拟方法
• 2.3 碾压过程的基本理论
• 2.3.1 碾压过程变形区的主要参数
• 2.3.2 连续碾压的条件
• 2.3.3 碾压过程中金属塑性变形规律的研究
• 2.4 碾压过程中的宽展
• 2.4.1 宽展及其研究的意义
• 2.4.2 影响宽展的因素
• 2.4.3 宽展的计算
• 2.5 碾压力的分析
• 2.5.1 碾压力的概念
• 2.5.2 碾压力的分析计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 碾压预成型工艺参数的研究
• 3.1 引言
• 3.2 仿真软件简介
• 3.3 碾压仿真模型的建立
• 3.4 碾压预成型的工艺研究
• 3.4.1 碾压速度对碾压过程的影响
• 3.4.2 碾压深度对碾压过程的影响
• 3.4.3 碾压位置对碾压过程的影响
• 3.5 碾压轮结构参数的研究
• 3.5.1 碾压轮直径对碾压过程的影响
• 3.5.2 碾压轮厚度对碾压过程的影响
• 3.6 其他参数的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 碾压机构设计
• 4.1 引言
• 4.2 机构简介
• 4.3 优化模型的建立
• 4.4 碾压轮结构的优化
• 4.4.1 优化方法简介
• 4.4.2 优化方法的基本理论
• 4.4.3 优化方法对碾压轮结构的优化
• 4.5 本章小结
• 第5章 碾压工艺参数的试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验准备
• 5.3 试验过程
• 5.4 理论值、仿真值与试验值的对比
• 5.5 碾压工艺参数对激光焊接质量的测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢