【摘要】：隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,航天新型號產(chǎn)品對航天器承力貯箱的研制與批產(chǎn)工作提出了巨大的挑戰(zhàn)。此前,在貯箱焊接領(lǐng)域,由于航空航天產(chǎn)業(yè)處于起步階段,對貯箱的需求量僅依靠人工就可以滿足,業(yè)內(nèi)對如何提高貯箱焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率沒有重視,在一定程度上限制了我國航天工業(yè)的進步速度。建立焊接質(zhì)量預測模型,引入焊接數(shù)字化管理系統(tǒng),對提高焊接效率、保證焊接質(zhì)量有十分重要的意義。基于上述背景,本文針對2219-T6型鋁合金的攪拌摩擦焊焊縫質(zhì)量預估問題,從焊前階段入手,研究待焊零件裝配情況與焊縫質(zhì)量的關(guān)系模型。首先,選取焊縫間隙、焊縫對中、焊縫錯縫作為表征待焊零件裝配情況要素,選取接頭強度與接頭拉伸率作為焊縫質(zhì)量要素;采用響應曲面法設(shè)計試片焊接實驗,隨后按照標準進行拉伸實驗;采用回歸分析法對實驗數(shù)據(jù)進行分析,建立待焊零件裝配情況與接頭強度、接頭拉伸率之間的響應曲面回歸模型;第二,在蒙特卡洛重要抽樣法的基礎(chǔ)上,結(jié)合裝配特征,設(shè)計了三種隨機變量抽樣方法,在響應曲面回歸模型的基礎(chǔ)上,分別對待焊零件裝配情況與接頭強度、接頭拉伸率的關(guān)系模型進行模擬,給出了接頭性能的概率密度模型。最后,對激光掃描器所得焊縫點云數(shù)據(jù)進行三維重建,將其集成在所搭建的焊縫管理系統(tǒng),為傳統(tǒng)的焊接領(lǐng)域引入了數(shù)字化管理手段,提高了管理效率,為后期模型訓練系統(tǒng)打下了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。焊縫質(zhì)量預估建模研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),焊縫間隙在裝配質(zhì)量要素中是影響包括接頭強度和延伸率在內(nèi)的接頭性能的關(guān)鍵因素,隨著裝配間隙的不斷增大,接頭性能參數(shù)會出現(xiàn)明顯的下降。另一方面,在焊縫錯縫和焊縫對中因素的影響下,焊縫的接頭性能會出現(xiàn)非對稱性的偏差。在裝焊縫間隙為0mm-2mm、焊縫對中為-0.6mm-0.6mm、焊縫錯縫為-0.3mm-0.3mm的裝配條件下,接頭強度分布區(qū)間為276Mpa至331 Mpa之間,約為焊縫母材強度的62.95%~75.23%,達到母材強度70%的概率約為68%。接頭拉伸率變化范圍在4.00%到6.55%之間,整體呈大致的正態(tài)分布趨勢,達到5.5%的概率約為73%。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP311.52
【圖文】：

隨著科技地發(fā)展與計算能力地提高，數(shù)字化焊接開始逐漸進入傳統(tǒng)的制1]。航天事業(yè)發(fā)展起步較晚，且對焊材及焊接質(zhì)量的要求極高[2]，但需求量域少，導致目前國內(nèi)在數(shù)字化焊接領(lǐng)域的工作主要集中在汽車制造和船個領(lǐng)域[3,4]，而航空航天領(lǐng)域較少。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，人們越來越意化焊接對于解決焊接過程的不穩(wěn)定性與復雜性帶來的問題有著至關(guān)重要5]：結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計與計算機高效的計算能力，從設(shè)計[6]、工藝到焊接[7]、檢階段著手，國內(nèi)外研究人員開始將專家系統(tǒng)[8,9]、機器人、工作站[10]等眾焊接手段引入航天領(lǐng)域，全方位減少誤差及返工率，加快焊接周期，實與質(zhì)量的雙重提升。攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）[13]作為一種固相連接工藝，是塑性狀態(tài)下實現(xiàn)的，這是與熔焊等傳統(tǒng)焊接方式的本質(zhì)區(qū)別。FSW 利用入焊縫中并施加壓力后，以數(shù)百轉(zhuǎn)每秒的速度高速旋轉(zhuǎn)，致使摩擦生熱縫處溫度。當溫度足夠高時，焊材將由固態(tài)轉(zhuǎn)換為塑性態(tài)，再經(jīng)攪拌頭縫相鄰區(qū)域。隨著攪拌頭的前進，溫度逐漸降低，焊材由塑性態(tài)再回到固焊縫地連接[12]。示意圖如圖 1-1。

圖1-2 貯箱瓜瓣及殼體示意圖(a) (b)圖1-3 筒段及箱底焊接設(shè)備模型圖每個貯箱通常由兩個箱底和三至五個筒段構(gòu)成。每個筒段由四個殼段經(jīng)由縱焊焊接而成；箱底則分為三片瓜瓣及一片帶法門的瓜瓣，經(jīng)由環(huán)焊焊接而成。航天運載火箭的低溫燃料貯箱體積巨大，要求用于制造貯箱的材料需具備輕便的特性，且能在低溫環(huán)境下提供優(yōu)異的熱處理后強度。目前，以美國、法國為代表的航天器制造先進國家，在大型航天飛行器承力式貯箱的設(shè)計制造領(lǐng)域很早就開始了智能焊接平臺的研究[13]。國內(nèi)在焊接領(lǐng)域的智能制造的主要工作集中在汽車白車身制造焊接機械手和焊裝生產(chǎn)線的設(shè)計與制造，機械手主要采購國外如法國 ABB、日本安川的產(chǎn)品，而國內(nèi)企業(yè)重點做應用開發(fā)。而在貯箱焊接領(lǐng)域，由于此前航空航天產(chǎn)業(yè)處于起步階段，對貯箱的需求量僅依靠人工就可以滿足

圖2-1 FSW對焊裝配質(zhì)量三要素焊接過程中，因存在焊材加工及變形誤差、夾具定位誤的影響，焊縫的裝配質(zhì)量總會存在一定的偏差，而裝配性能的下降。雖然目前針對攪拌摩擦焊接裝配質(zhì)量問題了一定的成果，但在研究方法上依然存在一些不足：僅頭性能的影響，沒有考慮各因素的綜合作用。有文獻[19,21,錯縫、對中等裝配要素對接頭強度的影響，并針對單個值。事實上，以上不理想裝配情況會同時出現(xiàn)，接頭性要素作用的結(jié)果。本文設(shè)計了一種利用響應曲面法建立焊縫裝配質(zhì)量與焊縫該方法可提供具有顯性表達的數(shù)學模型，從而反映各裝綜合影響。利用該數(shù)學模型，不僅可以預測裝配質(zhì)量對依據(jù)接頭性能要求，對裝配質(zhì)量的要素給出約束，從而為數(shù)提供數(shù)據(jù)支持。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅天寶;朱旭;;埋弧焊中的氫及其對焊縫質(zhì)量的影響[J];現(xiàn)代焊接;2006年03期

2 鐘龍伶;;提高鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的認識與思考[J];中國建設(shè)信息;2011年09期

3 永新;氮、氫對焊縫質(zhì)量有何影響?[J];勞動保護;1987年07期

4 陳明亮;;不銹鋼薄壁管坯縱焊縫質(zhì)量控制[J];焊接;1987年12期

5 梁澤;;變換爐筒體鼓脹和焊縫開裂事故的原因及預防措施[J];中氮肥;1987年06期

6 王孝英;黃俊林;;新型管式儲氧罐殼體和焊縫應力的測定及分析[J];重型機械;1987年04期

7 趙家瑞;張東元;;脈沖頻率對焊縫擴散氫含量的影響[J];焊接技術(shù);1987年04期

8 張政賢,于慶;氣保焊絲產(chǎn)品市場需求和銷售預測[J];預測;1988年03期

9 譚北濱;鄒力;;Conform法生產(chǎn)盤圓薄壁鋁管焊縫質(zhì)量探討[J];輕合金加工技術(shù);1988年06期

10 談金平;;寶鋼原料碼頭引橋BR32號鋼梁的修復[J];鋼結(jié)構(gòu);1988年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 駱智君;劉世胄;黃增衛(wèi);麥海濤;;不銹鋼真空保溫瓶焊縫質(zhì)量及保溫性能的測試方法[A];中國電子學會焊接專業(yè)委員會第五屆學術(shù)會議論文集[C];1995年

2 段慶儒;沈功田;李邦憲;劉時風;鄭學實;楊文福;朱志鋼;;液化石油氣鋼瓶焊縫質(zhì)量的聲發(fā)射檢測和評定[A];第四屆全國壓力容器學術(shù)會議論文集[C];1997年

3 白銳;杜京義;;圖像識別技術(shù)在鋼管焊縫質(zhì)量檢測中的應用[A];2009中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2009年

4 楊征;霍衛(wèi)華;秦松梅;;常見焊接缺陷原因分析及檢驗方法[A];第十二屆河南省汽車工程科技學術(shù)研討會論文集[C];2015年

5 孫靈霞;朱宏志;;低密度材料焊縫質(zhì)量的CT診斷[A];中國工程物理研究院科技年報（1998）[C];1998年

6 鄒鵬程;陳建華;齊杰斌;余威;宋錫友;;基于RTX的米巴赫焊機焊縫質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計研究[A];中國計量協(xié)會冶金分會2013年會論文集[C];2013年

7 羅軍;;米巴赫激光焊機的焊縫質(zhì)量分析[A];2009年全國冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會論文集[C];2009年

8 郝新貴;;X射線采用厚度補償法檢測薄壁Zr-4合金焊縫質(zhì)量[A];2006全國核材料學術(shù)交流會論文集[C];2006年

9 張玉成;;汽車五門一罩焊縫密封膠起泡分析及改善[A];西南汽車信息（2017年第7期 總第376期）[C];2017年

10 張建中;劉貴芳;范于芳;;創(chuàng)新、創(chuàng)優(yōu)提高焊接質(zhì)量[A];工程焊接2011年第1期（總第13期）[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 李曉文邋張曉玲 葉暉 伍尚任;汗水換來金字招牌[N];中國石油報;2008年

2 賈福興;大型場館建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量的控制[N];建筑時報;2016年

3 高宏適;焊縫低溫韌性優(yōu)良的電焊鋼管的開發(fā)[N];世界金屬導報;2018年

4 本報記者 宋喜群 本報通訊員 趙媛媛;呂杰：花兒綻放在鋼鐵世界里[N];光明日報;2015年

相關(guān)博士學位論文 前6條

1 周律;基于視覺伺服的弧焊機器人焊接路徑獲取方法研究[D];上海交通大學;2007年

2 楊國峰;基于X射線成像的焊縫質(zhì)量智能分析方法研究[D];東北石油大學;2014年

3 褚慧慧;基于視覺的焊縫質(zhì)量檢測技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學;2017年

4 胡天麒;Cu@Sn核殼粉體制備及其高熔點焊縫的性能與組織演變[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

5 劉鵬;膨脹波紋管封隔定向井段應用技術(shù)研究[D];中國地質(zhì)大學(北京);2017年

6 賈劍平;旋轉(zhuǎn)電弧GMAW焊接熱過程數(shù)值模擬及焊縫成形質(zhì)量研究[D];南昌大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前8條

1 余卓秋;面向大型航天結(jié)構(gòu)件的焊縫質(zhì)量預估建模及管理系統(tǒng)開發(fā)[D];電子科技大學;2018年

2 華清宇;汽車橫向搖臂焊縫質(zhì)量焊后視覺檢測系統(tǒng)研究[D];上海交通大學;2012年

3 段瑞霞;基于視覺信息的氬弧焊焊縫質(zhì)量在線檢測[D];寧波大學;2015年

4 鮑英;平板焊管焊縫質(zhì)量檢測及缺陷焊管自動剔除系統(tǒng)的研究[D];山東科技大學;2004年

5 陳建平;局部干法水下焊接工藝及焊縫質(zhì)量研究[D];南昌大學;2013年

6 李巧艷;兩種鋁合金的雙光點激光焊接研究[D];大連交通大學;2007年

7 陶霖;電阻焊焊縫質(zhì)量在線檢測技術(shù)的研究[D];華東理工大學;2014年

8 曹朝霞;攪拌摩擦焊工藝研究[D];大連鐵道學院;2002年

本文編號：2757335