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激光焊接作为激光加工的重要组成部分,其应用范围几乎涵盖了所有的焊接领域,其中的激光拼焊技术更是在汽车制造领域中处于举足轻重的地位,激光拼焊是采用激光作为能源,将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材或铝材进行自动焊接而形成一块整体板材,以满足零部件对材料性能的不同要求。焊接质量的保证是激光拼焊最关键的技术难点,引起激光焊接缺陷的因素很多,主要有光束质量、母材性能、焊接工艺参数、焊接工件参数及保护气体等。焊接工件参数主要是指焊接前两被焊板材边缘的配合精度,由于采用激光焊接时激光能量集中,光束直径很小,如果两被焊板材边缘配合精度不高使焊缝间间隙过大,激光将无功透过间隙而影响焊接质量。由于普通剪板机的剪切误差使剪切的板材边缘不可能精确平直,另外还有焊机本身的定位对中误差等因素使两板装配后的配合精度很难达到焊接要求。这就要求焊接前对板材边缘进行预处理以使其达到焊接要求。
本文提出了长焊缝激光拼焊焊缝碾压预成型技术,即通过碾压轮对被焊板材厚板焊缝边缘进行碾压使其发生向焊缝方向的塑性变形来填补两板间的间隙以降低激光拼焊对板材边缘直线度及焊机定位对中精度的要求,从而提高激光拼焊的质量和速度。文章主要针对激光拼焊焊缝碾压预成型技术中需要解决的几个关键问题展开研究。
首先,通过建立数学模型分析了板材在碾压过程中的受力模型,给出了板材顺利进入碾压和进行碾压需要满足的条件；其次,通过利用数值分析模拟和实验相结合的方法分析了两板间力的作用规律,给出了板材在碾压过程中不发生窜动需要满足的力学条件；再次,通过利用有限元计算和实验验证的方法分析了影响板材塑性变形规律、板材发生一定塑性变形所需要碾压力的各种因素及其影响规律,这些影响因素包括碾压轮的几何参数、碾压工艺参数、板材的厚度及同一板材的不同位置；最后利用Kriging近似优化模型对碾压轮的几何参数即碾压轮的直径、宽度和边缘形状进行了最优化设计。
依据本文理论所搭建的长焊缝激光拼焊焊缝碾压预成型试验台的试验结果显示焊缝碾压预成型技术能有效降低激光拼焊对板材边缘质量及焊机定位对中精度的要求,有效提高激光拼焊焊接质量和焊接速度。