基于焊接过程分析的叶片自动焊接修复轨迹规划

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1、分类号：TP24密级：UDC：编号：15-080200-13M基于焊接过程分析的叶片自动焊接修复轨迹规划论文作者：张熠学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：戴士杰职称：教授资助基金项目：中国民航重大专项(编号：MHRD20130104)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTRAJECTORYPLANNINGFORBLADESAUTOMATICWELDINGRESTORATIONBASEDONWELDINGPROCESSANALY

2、SISbyZhangYiSupervisor:Prof.DaiShijieMay2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提

3、供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文摘要叶片是航空发动机最为核心的零件，被誉为“心脏中的心脏”。叶片通常工作在高温高压的恶劣环境下，使用一段时间之后，可能会出现不同程度的缺陷和损伤，如裂纹、磨损、腐蚀和蠕变缩孔等。在发动机维修手册中，推荐对有修复价值的叶片利用高能束焊接对其进行堆焊修复，但对焊接修复后叶片的强度、尺寸精度、抗疲劳等性能要求十分苛刻。因此，需要可靠的自动

4、焊接装备用于叶片的维修。由于叶片复杂的曲面形状，需要自动焊接装备能够直接对叶片的参数化曲线曲面进行插补。目前，叶片的参数化曲线曲面表示常用非均匀有理B样条(Non-UniformRationalB-Spline，简称NURBS)进行表示。NURBS具有设计灵活、算法稳定等优点，在众多参数曲线中脱颖而出，它使得有关曲线曲面的设计、分析与计算达到了很高的水平，大大加速了其在机械加工领域的应用。NURBS这一先进技术已成为研究的热点与难点。论文提出的利用叶片的焊接过程分析对焊接速度进行优化的方法，可以获得较好的焊接速度，减小焊接残余应力和焊接变形，同时作为焊接路径规划的一个依据。提出的结合弓高误差

5、和泰勒公式的NURBS曲线插补技术，可以直接表达复杂的叶片焊接路径曲线，并对路径进行自动插补，提高叶片焊接的精度，也可以提高CNC系统的轨迹表达能力和插补能力。主要工作：对叶片进行三维建模和相关处理，之后对处理的叶片模型进行焊接过程仿真，分析温度场和应力场的结果，结合叶片材料的Goodman曲线，优化焊接参数，获得最优的焊接速度；通过NURBS曲线数学模型，并根据实验数据和优化的焊接速度，建立复杂的叶片焊接路径曲线；利用焊接速度和泰勒展开法对曲线参数进行密化，得到参数增量，通过参数增量逐步实现对焊接路径的曲线插补过程，最终获得路径曲线上每个点与参数或时间的一一对应关系，完成轨迹规划。通过Si

6、mufact-welding对叶片进行三维焊接仿真模拟，最后利用Matlab模拟曲线插补过程，分析插补精度和参数增量的关系，对比泰勒展开法和利用弓高误差修正的泰勒展开法的实验结果，验证利用弓高误差修正的泰勒展开法具有较高的轨迹特征，并最终获得轨迹规划曲线。关键词：堆焊；轨迹规划；NURBS；速度优化；航空发动机叶片I河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTThebladeisthecorepartsofaeroengine,whichknownasthe“heartoftheengine”.Thebladeusuallyworksundertheenvironmentofhightemper

7、atureandhighpressure.Havingbeenusedforaperiodoftime,thebladewouldbedamagedwithcorrosionandcreepshrinkagehole.Intheenginerepairmanual,weldingrepaironthebladeofhighenergybeamisrecommend.However,theperformance