航空航天高性能鋁合金雙激光束雙側同步焊接技術

目錄
序
前言
第1章緒論1
1.1高性能鋁合金在航空航天領域的應用1
1.2鋁合金激光焊接技術的特點與難點3
1.3航空航天壁板-桁條結構制造工藝應用現(xiàn)狀4
1.3.1航空航天壁板-桁條結構應用背景4
1.3.2航空航天壁板-桁條結構連接工藝5
1.3.3航空航天壁板-桁條結構焊接現(xiàn)狀7
1.4鋁合金DLBSW技術應用現(xiàn)狀14
參考文獻16
第2章雙激光束雙側同步焊接基本原理19
2.1DLBSW能量傳遞19
2.1.1DLBSW熱源效率與熱源模型19
2.1.2DLBSW過程熱傳導21
2.1.3DLBSW能量散失22
2.2DLBSW流體流動行為22
2.2.1流體對流驅動力24
2.2.2流體對流對熔池形貌的影響26
2.3DLBSW雙激光束作用機理及匙孔穩(wěn)定性27
2.3.1匙孔壁面受力平衡方程28
2.3.2匙孔壁表面受力平衡分析31
2.3.3DLBSW穩(wěn)定性34
2.4鋁合金DLBSW接頭的微觀形態(tài)36
2.4.1鋁合金DLBSW冶金反應36
2.4.2鋁合金DLBSW晶粒形態(tài)37
2.4.3鋁合金DLBSW元素分布39
2.4.4鋁合金DLBSW常見缺陷42
參考文獻43
第3章鋁合金雙激光束雙側同步焊接工藝研究44
3.1DLBSW裝備44
3.1.1激光器45
3.1.2焊接機器人47
3.1.3焊接工裝48
3.1.4焊接系統(tǒng)49
3.2航空航天鋁合金DLBSW典型材料50
3.3DLBSW工藝參數(shù)對焊縫成形的影響52
3.3.1激光功率52
3.3.2焊接速度53
3.3.3光束入射角度55
3.3.4送絲速度56
3.3.5離焦量57
3.3.6保護氣流量58
3.4鋁合金DLBSW接頭微觀形貌特征及力學性能58
3.4.1焊縫成形58
3.4.2微觀組織60
3.4.3力學性能67
參考文獻75
第4章鋁合金雙激光束雙側同步焊接缺陷抑制研究78
4.1鋁合金DLBSW焊縫氣孔缺陷78
4.1.1氣孔類型及其形成機理78
4.1.2氣孔的影響因素81
4.1.3氣孔的抑制措施85
4.2鋁合金DLBSW焊縫裂紋86
4.2.1焊縫裂紋的形成機理87
4.2.2工藝參數(shù)對裂紋的影響89
4.2.3裂紋的抑制措施92
4.3鋁合金DLBSW變形92
4.3.1DLBSW變形形成機理93
4.3.2焊接變形的影響因素94
4.3.3焊后矯形工藝研究102
4.4鋁合金DLBSW殘余應力103
4.4.1焊接殘余應力的形成機理104
4.4.2焊接殘余應力的影響因素104
4.4.3焊接殘余應力的抑制措施111
4.5鋁合金DLBSW力學性能損失111
4.5.1焊接接頭軟化.1114.5.2焊接接頭區(qū)域強度損失113
參考文獻115
第5章雙激光束雙側同步焊接有限元仿真研究118
5.1DLBSW有限元模型建立118
5.1.1有限元網(wǎng)格劃分118
5.1.2熱物理性能參數(shù)獲取120
5.1.3熱源模型建立122
5.1.4初始條件和邊界條件加載126
5.1.5載荷工況的設置127
5.1.6熱源校核128
5.2溫度場仿真128
5.2.1溫度場仿真結果128
5.2.2溫度場仿真結果分析129
5.3應力變形仿真133
5.3.1應力變形仿真基本理論133
5.3.2單桁條基本件殘余應力結果134
5.3.3單桁條基本件焊接變形結果137
參考文獻141
第6章蒙皮-桁條結構推進艙鋁合金DLBSW仿真研究143
6.1蒙皮-桁條結構有限元模型143
6.1.1有限元網(wǎng)格劃分144
6.1.2熱物理性能參數(shù)145
6.1.3初始條件和邊界條件146
6.1.4載荷工況147
6.1.5熱源模型加載148
6.2蒙皮-桁條結構試片件熱機耦合仿真148
6.2.1熱源模型選擇148
6.2.2試片件溫度場模擬152
6.2.3試片件應力模擬154
6.2.4殘余應力與變形的回歸分析159
6.3推進艙服役載荷對試片件應力-應變的影響162
6.4推進艙模擬段應力-應變仿真167
6.4.1模擬段應力場仿真167
6.4.2模擬段變形仿真169
參考文獻172
第7章大型客機機身壁板鋁合金DLBSW仿真研究174
7.1機身壁板鋁合金殼單元的DLBSW有限元仿真原理174
7.1.1殼單元構成及其理論174
7.1.2熱彈塑性有限元理論178
7.1.3殼單元-實體單元耦合建模與求解策略182
7.2蒙皮-桁條試片件結構有限元求解184
7.2.1蒙皮-桁條試片件求解模型184
7.2.2蒙皮-桁條試片件網(wǎng)格模型及其優(yōu)化185
7.2.3蒙皮-桁條試片件單元類型比較196
7.2.4蒙皮-桁條試片件固定時間步長優(yōu)化204
7.2.5蒙皮-桁條試片件不同模型計算效率對比210
7.3蒙皮-桁條典型件結構有限元求解211
7.3.1蒙皮-桁條典型件求解模型211
7.3.2蒙皮-桁條典型件單元模型對比213
7.3.3蒙皮-桁條典型件焊接方向對殘余應力的影響218
7.4蒙皮-桁條模擬段結構有限元求解221
7.4.1蒙皮-桁條模擬段求解模型221
7.4.2焊接順序對模擬段殘余應力和變形的影響222
7.4.3焊接方向對模擬段變形的影響227
參考文獻229
第8章新一代運載火箭貯箱結構DLBSW研究230
8.1火箭貯箱焊接材料與結構簡介230
8.1.1火箭貯箱焊接材料230
8.1.2火箭貯箱焊接結構231
8.2火箭貯箱單桁條結構DLBSW仿真研究234
8.2.1火箭貯箱單桁條結構DLBSW有限元模型建立234
8.2.2火箭貯箱單桁條結構DLBSW溫度場236
8.2.3火箭貯箱單桁條結構DLBSW應力-應變場237
8.3火箭貯箱單桁條結構DLBSW工藝研究239
8.3.1焊接設備239
8.3.2焊接工藝流程239
8.3.3焊接過程熔池形貌241
8.3.4焊接接頭宏觀形貌244
8.3.5焊接接頭微觀組織及其分布特征248
8.3.6焊接接頭元素分布特征250
8.4火箭貯箱單桁條結構DLBSW接頭力學性能分析251
8.4.1常溫X向拉伸性能251
8.4.2常溫Y向拉伸性能254
8.4.3常溫Z向拉伸性能258
8.4.4常溫剪切性能260
8.4.5低溫Y向拉伸性能264
8.4.6低溫Z向拉伸性能265
8.5基于火箭貯箱壁板結構的DLBSW技術研究266
8.5.1火箭貯箱壁板結構的DLBSW仿真分析266
8.5.2火箭貯箱五桁條結構的真空吸附平臺簡介269
8.5.3火箭貯箱五桁條結構的焊接工藝流程270
8.5.4火箭貯箱五桁條結構的點焊工藝研究273
8.5.5火箭貯箱五桁條結構的焊后變形分析274
8.6火箭貯箱五桁條結構DLBSW工藝平臺開發(fā)276
參考文獻278