本文關(guān)鍵詞：民機Invar模具鋼MIG自動焊接工藝研究

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【摘要】：復合材料因具有高比強度、優(yōu)良疲勞性能等特點而在航空制造領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用,復合材料構(gòu)件在由高溫成型后恢復到室溫工況環(huán)境的加工制造過程中會產(chǎn)生不可控的變形,而該變形能夠通過采用Invar鋼模具作為其成型模具進行有效控制。大型民用客機復合材料構(gòu)件成型Invar鋼模具通常采用傳統(tǒng)手工電弧焊接方法進行制造,焊接效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定并且對焊接技術(shù)工人的要求較高。本文采用實驗與仿真相結(jié)合的方法,系統(tǒng)研究了Invar模具鋼自動焊接相關(guān)問題,完成了Invar模具鋼焊接性分析、機器人焊接路徑規(guī)劃以及Invar鋼試片件自動焊接工藝的優(yōu)化。首先,在Invar鋼焊接工藝探索試驗的基礎(chǔ)上開展了其焊接性分析,并使用能譜分析方法進行了Invar鋼焊接氣孔成因分析,結(jié)果表明Invar鋼焊接氣孔主要為CO氣孔,應(yīng)采用惰性氣體保護焊;此外通過對比不同角度坡口焊接變形結(jié)果,發(fā)現(xiàn)60°坡口能兼顧促進Invar鋼熔融金屬流動與浸潤的同時控制焊接變形。其次,采用正交試驗法對機器人自動焊接過程中工藝參數(shù)對焊縫成形的影響進行了分析,并在此基礎(chǔ)上開展了Invar鋼厚板多層多道擺動焊接路徑規(guī)劃,完成其填充策略設(shè)計的同時建立了焊槍位姿與擺動擺幅同焊縫成形的定量關(guān)系,并通過焊接試驗予以驗證,此外還發(fā)現(xiàn)Invar鋼機器人自動擺動焊接過程中采用三角形擺動并在幅點設(shè)置0.1s停留時間能夠獲得最佳焊縫成形。最后,建立了Invar鋼焊接過程數(shù)值模擬有限元模型,建立材料計算模型的同時采用熔池形貌與焊接變形校核的方法確定了其熱源模型參數(shù),并在此基礎(chǔ)上開展了Invar鋼19.05mm厚板焊接工藝優(yōu)化有限元分析,結(jié)果表明五層十五道的填充方式下Invar鋼試片件焊后具有最小的焊接等效應(yīng)力與焊接變形,同時在此基礎(chǔ)上綜合采用從兩邊向中間的焊道順序規(guī)劃與交替焊接的焊層順序選擇能降低12.2%的焊接變形,進而開展了反變形法控制焊接變形的工藝研究,獲得了質(zhì)量良好的焊接試件。本文針對Invar模具鋼采用實驗研究與仿真分析相結(jié)合的技術(shù)路線,從缺陷控制、焊接路徑規(guī)劃以及焊接工藝優(yōu)化等方面完成了試片級Invar鋼焊件自動焊接工藝的研究,有效控制焊接變形的同時提高了生產(chǎn)效率,為其模具自動焊接制造工藝的研究奠定了基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V261.34

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本文編號：1162445