车用高强钢间隙对接的激光热丝焊研究

摘要

激光焊接与传统焊接技术相比，在焊接精度、效率、可靠性、自动化等方面具有较大优势。近年来，随着节能减排要求的提出，汽车的轻量化也成为各汽车厂研究的重点。激光焊接作为推进汽车轻量化技术发展的先进制造技术之一，在汽车工业中的应用已越来越广泛。但激光焊接对车身的零件装配精度要求较高，特别是采用对接接头焊接时，一定程度上限制了激光焊接在车身上的应用。本文采用填充热丝激光焊接技术，针对车用高强钢薄板件，在不同对接间隙的条件下进行了焊接试验研究，以降低激光焊接对对接精度的要求。
　　 本文首先对车身激光焊接的工艺性进行了分析，对焊接工具干涉、焊接接头选择、工件装夹等工艺性问题提出了相关解决方案，并针对盒状对接件提出了激光切割、焊接一体化夹具，以及一种适用于盒状对接件的结构形式;其次，根据激光热丝焊的焊接工艺特点，选取了合理的送丝参数，并得出了焊丝温度的计算公式;然后，对1.2mm厚车用高强钢DP800在小对接间隙的条件下进行了正交试验，得到了一组优化工艺参数，确定了焊接速度与离焦量;并利用红外热像仪测得在合理参数组合下时焊丝的温度范围，并通过计算得到在不同对接间隙下，焊丝加热电流的理想范围。最后，对不同对接间隙下的工件进行了激光热丝焊试验，通过选取合适的焊接参数，得到了成形良好的焊缝。
　　 分析了不同加热电流作用下的激光热丝焊结果，得出焊丝加热电流对焊接过程稳定性有较大影响，焊丝温度在合适的范围内时，焊接过程稳定性提高;通过比较普通填丝焊和激光热丝焊过程中的总能量输入，得出采用激光热丝焊时，降低总能量输入约12％。对不同对接间隙的焊接接头性能进行了检测，包括焊缝表面形貌、焊缝截面形貌、拉伸强度、能谱分析、金相组织等，不同对接间隙下的接头焊丝成分分布均匀、焊缝金相组织无明显差异，在对接间隙小于或等于1.2mm时，能得到成形良好的接头，在间隙小于或等于1.0mm时，接头的拉伸强度达到母材强度。
　　 采用激光热丝焊能够较大程度上增大车身结构在对接焊接时的间隙容许值，降低车身结构激光焊接时的装配精度;并且激光热丝焊相比于普通填丝焊能降低焊接过程中的总输入能量，提高能量的利用效率。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

符号表

第1章 绪论

1．1 激光焊接技术概述

1．1．1 激光焊接基本原理

1．1．2 激光焊接在汽车工业上的应用

1．1．3 激光焊接技术的发展趋势

1．2 激光填丝焊接技术

1．2．1 激光填丝焊研究现状

1．2．2 激光填充热丝焊研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 车身零件结构激光焊接工艺性

2．1 激光焊接与电阻点焊比较

2．2 工艺性分析

2．2．1 干涉分析

2．2．2 接头形式的选择

2．2．3 焊接件的装夹

2．3 激光拼焊板

2．4 本章小结

第3章 激光热丝焊焊接工艺参数

3．1 焊丝温度理论计算

3．2 工艺参数分析

3．2．1 送丝参数

3．2．2 功率参数

3．2．3 其他焊接参数

3．3 本章小结

第4章 试验条件及试验过程

4．1 试验材料及设备

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验设备

4．2 试验方案及试验过程

4．2．1 小间隙下的工艺试验

4．2．2 焊丝温度的测量试验

4．2．3 不同对接间隙下的试验

4．3 试验结果检测方法

4．4 本章小结

第5章 试验结果及接头性能

5．1 焊丝加热电流分析

5．1．1 焊接稳定性

5．1．2 总能量输入

5．2 焊接接头性能分析

5．2．1 焊缝表面及截面形貌

5．2．2 焊缝成分及微观组织

5．2．3 焊缝力学性能

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文及专利目录