铝锂合金T型构件双激光束焊接机构开发及工艺变形分析

发布时间：2022-07-22 15:37

　　本文以机身壁板T型接头入手,自主设计研制适合机器人双光束激光焊接过程的焊接执行端和辅助焊接夹具,焊接执行端可实现送气、送丝装置的精确调节,调节范围0-30mm,还可实现送气、送丝装置的三维方向准确位置调节,调节范围0°-90°,送丝、送气装置分别位于焊接熔池的前面及后面,且三者在同一平面内,设计预留滚压装置接口,可适用非平面及复杂曲面机身壁板的T型接头双光束激光焊接,入射角度调整范围为20°-90°,包括激光器系统、焊丝输送系统、保护气系统、焊缝跟踪监测系统、焊缝滚压系统等。工装夹具实现随焊移动加紧固定方式,与机器人手臂直接结合实现被焊接零件的定位与刚性固定,有效简化完全固定式夹具繁琐安装操作方式,实现被焊零件的灵活加紧固定,有效控制焊接变形和生产效益。对1.5mm厚2A97-T3铝锂合金无填充焊丝T型接头进行双光束激光焊接工艺工艺试验研究,探讨激光功率P与焊接速度v对T型焊缝成形、焊接缺陷、应力变形及组织性能的影响规律。结果表明:激光功率和焊接速度综合以热输入的方式影响焊接质量,当光束入射角度50°,同轴和侧吹保护气用20 L/min流量氩气,在P=1200W、v=2.5m/min、... 

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 机身壁板轻量化方法
        1.2.1 铝锂合金在飞机结构中的使用
        1.2.2 机身壁板连接工艺的发展
    1.3 双光束激光同步焊接工艺的研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 双光束激光焊接装置及焊缝滚压研究现状
    1.5 研究内容
第2章 试验材料、设备及工艺试验方法
    2.1 试验材料
    2.2 试验设备
    2.3 试验方法
        2.3.1 焊前清理
        2.3.2 焊接工艺参数
        2.3.3 试验分析
第3章 双光束激光焊接执行机构开发及焊接平台构建
    3.1 引言
    3.2 设计方案
        3.2.1 双光束激光焊接机构研究内容
        3.2.2 双光束激光焊接机构的设计思想
        3.2.3 激光焊接平台装置的设计需求
    3.3 机构构建及设计历程
        3.3.1 焊接机构装置
        3.3.2 焊接执行端设计历程
    3.4 焊接执行端集成机构设计
        3.4.1 执行端整体结构及组成
        3.4.2 关键零件结构及功能
        3.4.3 质量评估与强度校核
    3.5 辅助焊接工装夹具设计1
        3.5.1 辅助夹具整体结构及组成
        3.5.2 关键零件结构及功能
        3.5.3 质量评估与强度校核
    3.6 辅助焊接工装夹具设计2
        3.6.1 辅助夹具整体结构及组成
        3.6.2 关键零件结构及功能
        3.6.3 质量评估与强度校核
    3.7 气动控制
    3.8 本章小结
第4章 铝锂合金T型接头双光束激光焊接工艺试验研究
    4.1 引言
    4.2 试验准备
    4.3 焊接工艺对T型接头焊接过程的影响
        4.3.1 对T型接头焊缝成形的影响
        4.3.2 对T型接头焊接缺陷的影响
        4.3.3 对T型接头焊接变形的影响
        4.3.4 热输入的影响
    4.4 T型接头焊缝显微硬度与显微组织分析
        4.4.1 显微组织观察
        4.4.2 显微硬度分布
    4.5 本章小结
第5章 铝锂合金双光束激光焊接T型接头应力变形分析
    5.1 引言
    5.2 试验背景与分析内容
        5.2.1 试验背景
        5.2.2 主要分析内容
    5.3 有限元模型的建立
        5.3.1 几何模型尺寸
        5.3.2 焊接热源及其子程序
        5.3.3 焊接校核热源
    5.4 计算结果分析讨论
        5.4.1 焊接温度场变化规律
        5.4.2 焊接应力变形场变化规律
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 全文结论
    6.2 后期展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]三维T形焊缝的双光束激光焊接及其焊缝跟踪控制[J]. 梁斌焱,许先雨,龚时华,王启行,王鑫润.  焊接学报. 2016(02)
[2]双光束激光焊接技术研究现状及应用[J]. 赵耀邦,成群林,李中权,王玉平.  航空制造技术. 2015(Z2)
[3]铝合金T型接头双激光束焊接断裂行为研究[J]. 邓景煜,刘红兵,李昊,王玉华,秦涛,陶汪.  航空制造技术. 2015(S1)
[4]高强铝合金壁板结构T型接头辅助热源变形控制数值分析[J]. 董皕喆,杨武雄,吴世凯,肖荣诗,王启明.  中国激光. 2015(08)
[5]钛合金圆筒双光束激光焊接过程的有限元分析[J]. 欧阳自鹏,王睿,张小龙,邓竹君,赵耀邦,孙锡建.  航天制造技术. 2014(05)
[6]大型客机机身壁板激光焊接工艺性分析[J]. 占小红,欧文敏,魏艳红,陈洁,李昊,刘红兵.  航空制造技术. 2014(17)
[7]2A97铝锂合金激光焊接特性[J]. 黄敏,李国爱,张坤,冯朝辉.  焊接学报. 2014(05)
[8]T形接头双光束激光焊变形计算方法[J]. 王学东,何恩光,钱红丽.  焊接学报. 2013(11)
[9]飞机壁板先进焊接技术应用现状[J]. 占小红,欧文敏,魏艳红,陈洁,陶汪,陈彦宾.  航空制造技术. 2013(22)
[10]机身钛合金壁板激光焊接技术研究及应用[J]. 赵志远,江少华,周煜青.  航空制造技术. 2013(16)

博士论文
[1]铝合金T型接头高亮度固体激光双光束焊接技术研究[D]. 杨武雄.北京工业大学 2014
[2]铝合金机身壁板结构双侧激光焊接特征及熔池行为研究[D]. 杨志斌.哈尔滨工业大学 2013

硕士论文
[1]铝锂合金机身壁板结构激光焊接特性研究[D]. 张澐龙.哈尔滨工业大学 2013
[2]铝合金T型接头双激光束双侧同步焊接稳定性研究[D]. 欧阳自鹏.南京航空航天大学 2012
[3]薄板铝合金T型接头双激光束双侧焊接应力和变形的有限元分析[D]. 苏阳.南京航空航天大学 2012
[4]铝合金T型接头双束激光双侧同步焊接的数值模拟研究[D]. 郑文健.哈尔滨工业大学 2011
[5]高强铝合金T型接头激光焊接技术研究[D]. 杨涛.武汉理工大学 2011
[6]铝合金双光束激光填丝焊温度场与应力场数值模拟[D]. 刁旺战.哈尔滨工业大学 2010
[7]1420铝锂合金激光焊接工艺和接头组织性能研究[D]. 庄蕾.大连交通大学 2005



本文编号：3664880