數(shù)值模擬驅(qū)動的激光透射焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化研究.pdf

1、激光透射焊接技術以其焊接質(zhì)量好、焊件殘余應力小、容易控制、焊接效率高等優(yōu)點，被廣泛應用在生物醫(yī)學、汽車零部件、電動工具、產(chǎn)品包裝等領域。隨著人們對該項技術研究的深入，如何科學合理的尋求最佳焊接工藝參數(shù)來提高焊接質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本已成為當前國內(nèi)外學者研究的熱點。
　　本文選擇生物醫(yī)學上常用的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和鈦(Ti)以及汽車零部件上常用的含10％玻纖的增強聚丙烯(PPGF)和20％碳纖的增強聚丙烯(PPCF)作為激光

2、透射焊接的材料。由于利用實驗方式獲得焊接材料的最佳焊接工藝參數(shù)時間長成本高，本文提出了一種數(shù)值模擬驅(qū)動實驗設計、焊接工藝參數(shù)建模與優(yōu)化的方法，對激光透射焊接PET與Ti、PPGF與PPCF進行了焊接工藝參數(shù)優(yōu)化的研究。
　　對于PET與Ti的焊接:首先，使用有限元分析軟件ANSYS對PET與Ti焊接過程進行數(shù)值模擬，分析了焊接過程中的溫度場分布及變化規(guī)律，研究了焊縫區(qū)的熔池形貌，并通過焊接實驗與熔池形貌的模擬結果進行對比，驗證了有

3、限元模型的可靠性;其次，基于數(shù)值模擬結果的驅(qū)動，采用中心復合旋轉設計(CCRD)對PET與Ti的焊接進行實驗設計，利用響應曲面法(RSM)建立了焊接工藝參數(shù)（激光功率、焊接速度、離焦量）與焊接結果之間（溫度、焊縫寬度、熔深）的數(shù)學模型，采用方差分析檢驗了數(shù)學模型的合適性，討論了焊接工藝參數(shù)對焊縫寬度、熔深的交互式影響，并將模型的預測結果與數(shù)值模擬的結果進行比較，驗證了焊接工藝數(shù)學模型的準確性;最后，基于數(shù)值模擬結果的驅(qū)動，采用滿意度函數(shù)

4、和遺傳算法(GA)相結合的方法，進行了焊接工藝參數(shù)的多目標優(yōu)化，優(yōu)化的預測結果、數(shù)值模擬結果以及實驗結果兩兩間均取得了較好的一致性。
　　對于PPGF與PPCF的焊接:首先，考慮到半結晶型PPGF的散射特性對激光功率和光斑直徑的影響，通過實驗測量出焊接接觸面的實際激光功率以及實際光斑直徑，基于測量的結果，對PPGF與PPCF焊接過程進行數(shù)值模擬，分析了焊接過程中的溫度場分布以及熔池形貌，數(shù)值模擬結果與實驗結果具有較好一致性;其次，

5、基于數(shù)值模擬結果和拉伸實驗結果的驅(qū)動，采用中心復合設計(CCD)對PPGF與PPCF的焊接進行實驗設計，利用RSM建立了焊接工藝參數(shù)（激光功率、焊接速度、離焦量）與焊接結果之間（焊縫寬度、熔深、剪切強度）的數(shù)學模型，并進行了方差分析，討論了焊接工藝參數(shù)對焊接結果的交互式影響，給出了上下層材料的熔深與材料的厚度（整個焊接材料的厚度）比（即深厚比）與剪切強度的匹配曲線;此外，基于數(shù)值模擬結果和拉伸實驗結果的驅(qū)動，采用RSM進行了焊接工藝參數(shù)