【摘要】：隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展,節(jié)能減排的要求越來越高,汽車輕量化成為一種必然趨勢。而降低汽車重量的方式有結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輕合金材料的使用等。焊接是汽車部件的一種重要連接方式,輕量化的實現(xiàn),不僅需要結(jié)構(gòu)優(yōu)化和降低使用材料的重量,開發(fā)出新的焊接工藝也是一個丞待解決的難題。傳統(tǒng)的電弧焊接方式在進行薄板焊接時,會產(chǎn)生較大的變形,變形的后期矯正耗時耗資。激光焊接變形較小,但是對于接頭的加工要求較高,而且由于激光的能量利用率低,焊接加工成本高。激光電弧復(fù)合焊接,可以達到“1+12”的協(xié)同效果,不僅能提高激光焊接的能量使用率,降低對接頭的加工要求,而且可以減小焊接變形。論文以通用有限元軟件ABAQUS為平臺,開發(fā)了一種同時考慮材料非線性和幾何非線性的熱—彈—塑性有限元方法模擬激光電弧復(fù)合焊接過程,以及焊接所產(chǎn)生的溫度場和變形的分布。采用激光電弧復(fù)合焊接機器人進行工藝試驗,與計算模擬激光電弧復(fù)合焊結(jié)果比較,通過面外變形的試驗測量與計算結(jié)果對比驗證了所開發(fā)數(shù)值模擬方法的有效性。討論了激光功率、電弧功率、光絲間距、焊接速度等工藝參數(shù)對于焊接溫度場和變形的影響,將最優(yōu)工藝參數(shù)用于后期對比試驗。定量的對比了激光焊接、電弧焊接和激光電弧復(fù)合焊接三者所產(chǎn)生的溫度場、變形和應(yīng)力場的分布規(guī)律。激光電弧焊接所產(chǎn)生的變形形式與激光焊接相似,變形量與電弧焊接相比減小了很多。采用三坐標測量儀測量了試驗所得焊接試件的焊接變形,與計算結(jié)果對比,兩者相吻合,進一步驗證了計算方法的有效性。最后,利用所開發(fā)的計算方法,進行了T型接頭的激光電弧復(fù)合焊接與電弧焊接的溫度場、變形對比。研究結(jié)果表明:所開發(fā)的非線性有限元計算可以有效的模擬低碳鋼薄板激光電弧復(fù)合焊接的溫度場和變形。激光電弧焊接的工藝參數(shù)對于溫度場和變形的影響規(guī)律:光絲間距對于溫度場和變形場的影響較大,在一定范圍內(nèi)溫度和變形都變化較小,超出范圍面外變形模式由凹凸型變化為凸凹型變形;電弧功率影響熔池熔寬,激光功率對熔池熔深影響更大;加快焊接速度,得到了穩(wěn)定的溫度場和變形場,表明激光電弧復(fù)合焊接可以實現(xiàn)高速焊接。利用大變形理論比較了激光焊接、MIG電弧焊接和激光-MIG復(fù)合焊接溫度場、變形場和應(yīng)力場,激光-MIG復(fù)合焊接面外變形模式與激光焊相同,與MIG焊接相比可以明顯的降低焊接變形。激光電弧焊接所得最大應(yīng)力值小于低碳鋼薄板的屈服應(yīng)力,而激光焊與MIG焊所得最大應(yīng)力值均大于屈服應(yīng)力。對比結(jié)果表明,激光電弧復(fù)合焊接融合了激光與電弧兩者的特點,也避免了兩者的缺點,可以有效的減小變形,熱輸入介于兩者之間。本文還利用所開發(fā)的有限元計算方法模擬了T型接頭的焊接溫度場和變形,并以試驗的方式驗證了計算結(jié)果的正確性。本文所開發(fā)的有限元計算方法,為激光電弧復(fù)合焊接的進一步推廣應(yīng)用有一定的工程價值。
【圖文】：

圖 1.1 熱-彈-塑性有限元計算方法Fig.1.1 Thermal-elastic-plastic finite element method.3.3 固有應(yīng)變法固有應(yīng)變法也是最早由日本學(xué)者提出，是指溫度應(yīng)變、塑性應(yīng)變和相變應(yīng)者的綜合殘余應(yīng)變。當構(gòu)件經(jīng)過了一次焊接熱循環(huán)后，溫度應(yīng)變?yōu)榱�，所以為塑性�?yīng)變和相變應(yīng)變。由于焊接過程是一個不均勻的加熱過程，不同的位著溫度剃度，特別是焊縫周圍熱梯度最大。焊縫附近由于加熱很快，熱傳導(dǎo)相對較慢，所以沒被加熱的地方就會由于不能自由變形而對被加熱部位有一拘束作用，，阻礙其變形。所以，焊縫及其附近的高溫區(qū)域就累積了壓縮塑性。而高溫區(qū)域由于內(nèi)部產(chǎn)生了相變，也會有相變應(yīng)變的堆積。固有應(yīng)變的產(chǎn)要在于焊縫高溫區(qū)域。固有應(yīng)變法可以彌補前面所提到的兩種預(yù)測方法的不用于解決大型構(gòu)件的焊接變形問題，也可以較大范圍的應(yīng)用于工程實際問題一種實用且有著發(fā)展前途的焊接變形預(yù)測方法。但是由于固有應(yīng)變法是一種的預(yù)測方法，在焊縫附近的固有應(yīng)變較難測量，且有一定的誤差，所以也有

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文( 2.4 )其中， 和 表示錐形體的最大最小半徑， 和 表示上下表面的 Z 坐標值；r 表示錐形體內(nèi)部的任意點的半徑值。對于組合式體積分布熱源，雙橢球分布的電弧熱流作用于工件表面，而工件內(nèi)部的激光熱源則采用峰值指數(shù)遞增的錐形體熱源模型。通過調(diào)節(jié)雙橢球熱源模型的參數(shù)和錐形體熱源的參數(shù)，來近似的模擬電弧對于激光的吸引作用和激光對電弧的收縮作用。雙橢球熱源和錐形體的熱源模型如圖 2.1 所示。 eiiieieieeiicvzzzzrrrrezzrrrrQeqrz232233exp119, erireziz
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U466

【參考文獻】

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本文編號：2619553