基于响应曲面法的镀锌钢板激光搭接焊接工艺参数优化研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hangxujie
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镀锌钢板因其具有优良的耐腐性能而广泛用于汽车车身的制造。然而,镀锌钢板由于其表层锌的沸点(907℃)远低于钢的熔点(1530℃),零间隙激光搭接过程中导致搭接面产生大量高温高压锌蒸汽,这些锌蒸汽如不能顺畅逸出则造成孔洞、气孔和飞溅等严重焊接缺陷。解决由锌蒸汽引起的焊接缺陷问题能促进汽车制造业的发展、提高各车企的经济效益,使其成为各车企和高校的研究热点。为了解决镀锌钢板零间隙激光搭接焊接过程中由锌蒸汽引发的焊接缺陷问题,本文提出基于预制细缝的镀锌板激光搭接焊接方法,研究了细缝对镀锌钢板零间隙激光搭接焊接焊缝成形质量及力学性能的影响;探究了细缝大小、激光功率、焊接速度以及离焦量对镀锌钢板零间隙激光搭接焊接焊缝成形质量的影响规律;在此基础之上,应用响应曲面法对镀锌钢板零间隙激光搭接焊接参数进行优化。研究结果发现,在有细缝的条件下获得的焊缝内部组织无气孔,焊缝表面不存在孔洞、穿孔等严重的焊接缺陷;在没有细缝的条件下进行焊接试验,焊接过程不稳定,焊缝表面出现了孔洞、穿孔等严重的焊接缺陷。通过拉伸测试发现,在无细缝条件下获得的搭接接头断裂的位置出现在焊缝区域,其剪切力只有5.8 kN;在有细缝条件下进行焊接试验,获得的搭接接头断裂的位置出现在远离焊缝的母材区域,其最大剪切力为6.5 kN,证明细缝的存在能改善焊缝的表面形貌,提高焊缝的力学性能。通过对比试验结果发现,较好的工艺参数是细缝大小为0.08 mm,功率为1900 W,焊接速度为2.4m/min,离焦量为0。响应曲面法优化分析结果表明,最佳工艺参数如下:细缝大小为0.13 mm、激光功率为2118 W、焊接速度为2.63 m/min,对应的焊缝剪切力为6.54 kN;以最佳工艺参数进行焊接试验,获得焊缝的剪切力为6.37 kN。方差分析发现,细缝大小和激光功率对焊缝剪切力影响显著;响应曲面和等高线图提示,细缝大小和焊接速度以及激光功率和焊接速度交互作用明显,细缝大小和激光功率交互作用不明显。
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