激光焊接过程控形控性技术

成果编号：24732

价格：面议

完成单位：南京航空航天大学

单位类别：211系统院所

完成时间：2018年

成熟程度：批量生产阶段

服务产业领域：装备制造、能源环保、生物技术与医药、现代农业、其他

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发布人：占小红离线

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成形精度与组织性能是衡量焊接制造技术总体水平的重要指标，焊接为急冷急热非稳态凝固过程，影响因素众多，热力场分布的主动精确控制难度较大，因而引发一系列问题，例如：长期非稳态热力耦合循环下，成形零件中存在较大的焊接热应力和残余应力，易引起板材翘曲变形与成形件开裂；成形件非均匀受热以及不同位置散热条件的差异导致组织不均匀长大，加大了成形件性能的控制难度。在既有研究基础上深入探索焊接应力应变及内部缺陷形成机理，并通过合理规划焊接路径和焊接顺序从而实现焊接过程控形控性，打破成形零件尺寸精度不高、变形较大、性能不易控制的难点，是该技术的核心问题。例如《激光焊接中厚钢板结构件的控形控性研究》项目针对典型船舶碳钢牌号，针对中厚板对接结构、搭接结构、T 型结构，深入研究典型碳钢材料结构激光-复合焊接过程的冶金机理和熔池行为，重点考察激光功率、电弧电流、焊接速度等工艺参数对焊缝形貌和力学性能的影响，获得较优的中厚板激光-电弧复合焊接工艺。根据实验研究基础开展中厚板碳钢典型结构热-力耦合仿真研究，获取关键区域的温度场结果，应力应变场结果，并结合典型件的服役状况，分析服役过程中外力与焊接残余应力的叠加效应，提出控制焊后变形与应力的策略及方法。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新工艺、新产品、新材料、新装备

合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股、人才培养、共建载体

参与活动： 2020年高校院所走进镇江高新区暨船舶海工产业产学研合作对接活动 2020年高校院所服务苏北五市产学研合作对接活动

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 0 项
已授权专利,其中:发明专利 2 项

成果简介

综合介绍

创新要点

基于激光焊接过程冶金机理及熔池流动特性，开展适用于激光焊接过程的热-力耦合仿真研究，考虑典型件服役过程中外力与焊接残余应力的叠加效应，进行焊后变形及残余应力的准确预测，并提出控制变形及应力的策略及方法。

技术指标

2m³2m 级实物件焊接，焊后最大变形小于 5mm；4m³4m 级典型件焊后的最大残余应力值小于 240MPa，焊接变形的最大值小于 2.1mm。

其他说明

本技术针对航空航天、船舶行业等领域中常见的焊接结构，探索传统焊接工艺改进为激光焊接、激光-电弧复合焊接工艺的可行性。相比于传统多层多道电弧焊接，新型的激光焊接、激光-电弧复合焊接可以极大地提高焊接效率，改善焊缝形貌及性能，提升制造的效率。基于焊接过程冶金机理及熔池流动特性，开展适用于激光-电弧复合焊接过程的热-力耦合建模与仿真，准确预测焊后变形及残余应力。模拟手段的应用极大地缩短了焊接工艺探索的周期，有效减少后期焊接工艺实验的次数和实验人员的工作量，降低了焊接结构件制造的时间及工艺优化成本，在航空航天、船舶等行业有广阔的应用前景。

完成人信息

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