民机invar模具钢mig自动焊接工艺研究

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1、中图分类号：TG404论文编号：102870615-S093学科分类号：080503硕士学位论文民机Invar模具钢MIG自动焊接工艺研究研究生姓名刘扬学科、专业材料加工工程研究方向先进材料的焊接与数字化焊接技术指导教师刘仁培教授占小红副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyAutomaticMIGWeldingProcessforIn

2、varSteelUsedinManufacturingofMoldsforCivilAirplaneAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyLiuYangAdvisedbyProf.LiuRenpeiViceProf.ZhanXiaohongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特

3、别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要复合材料因具有高比强度、优良疲劳性能等特点而在航空制造领域得到了越来越广泛的应用，复合材料构件在由高温成型后恢复到室温工况环境的加工制造过程中会产生不可控的变形，而该变形能够通过采用Invar钢模具作为其成型模具进行有效控制。

4、大型民用客机复合材料构件成型Invar钢模具通常采用传统手工电弧焊接方法进行制造，焊接效率低、质量不稳定并且对焊接技术工人的要求较高。本文采用实验与仿真相结合的方法，系统研究了Invar模具钢自动焊接相关问题，完成了Invar模具钢焊接性分析、机器人焊接路径规划以及Invar钢试片件自动焊接工艺的优化。首先，在Invar钢焊接工艺探索试验的基础上开展了其焊接性分析，并使用能谱分析方法进行了Invar钢焊接气孔成因分析，结果表明Invar钢焊接气孔主要为CO气孔，应采用惰性气体保护焊；此外通过对比不同角度坡口焊接变形结果，发现60°坡口能兼顾促进Invar

5、钢熔融金属流动与浸润的同时控制焊接变形。其次，采用正交试验法对机器人自动焊接过程中工艺参数对焊缝成形的影响进行了分析，并在此基础上开展了Invar钢厚板多层多道摆动焊接路径规划，完成其填充策略设计的同时建立了焊枪位姿与摆动摆幅同焊缝成形的定量关系，并通过焊接试验予以验证，此外还发现Invar钢机器人自动摆动焊接过程中采用三角形摆动并在幅点设置0.1s停留时间能够获得最佳焊缝成形。最后，建立了Invar钢焊接过程数值模拟有限元模型，建立材料计算模型的同时采用熔池形貌与焊接变形校核的方法确定了其热源模型参数，并在此基础上开展了Invar钢19.05mm厚板焊

6、接工艺优化有限元分析，结果表明五层十五道的填充方式下Invar钢试片件焊后具有最小的焊接等效应力与焊接变形，同时在此基础上综合采用从两边向中间的焊道顺序规划与交替焊接的焊层顺序选择能降低12.2%的焊接变形，进而开展了反变形法控制焊接变形的工艺研究，获得了质量良好的焊接试件。本文针对Invar模具钢采用实验研究与仿真分析相结合的技术路线，从缺陷控制、焊接路径规划以及焊接工艺优化等方面完成了试片级Invar钢焊件自动焊接工艺的研究，有效控制焊接变形的同时提高了生产效率，为其模具自动焊接制造工艺的研究奠定了基础。关键词：Invar钢，自动焊接，焊接路径规划，

7、焊接变形，工艺仿真IABSTRACTWithhighspecificstrength,goodfatiguepropertiesandothercharacteristics,thecompositematerialsplayedmoreandmoreimportantroleinaircraftmanufacturingindustry.Itwilldeformuncontrollablewhenthecompositematerialscooldowntothenaturaltemperatureaftermoldinginhightemperatu

8、reenvironment,butitwillbepositivelycontr