项目针对轻量化材料与结构的连接加工需求，该类轻合金大型复杂结构件制造过程涉及壁板与桁条的连接、复杂曲面对接等，传统连接工艺日渐难以满足大量新型号对结构件制造过程高精度、高效率、低成本等指标的要求。近年来激光器性价比的飞速提升，使得航空航天轻合金大型复杂结构的激光焊接生产成为可能。瞄准激光焊接技术与装备应用于航空航天关键型号中存在的缺陷较多、应力与变形难以控制、装备短缺等难题，开展了长达 11 年的理论研究、技术攻关、装备研制以及应用验证，在轻合金大型复杂结构精准激光焊接相关理论、技术、装备等方面均实现了重要突破。
（1）基于多能量场智能配比与多物理场耦合仿真的高效激光焊接技术
航空航天轻合金大型复杂结构涉及多种材料牌号与接头形式，复杂的空间曲线焊缝轨迹和特殊的服役性能要求导致单一激光能量难以满足实际焊接需求。面向航空航天轻合金大型复杂结构激光焊接过程形性精准调控的现实需求，以试错法为主的试验研究手段存在效率低、成本高等问题，传统仿真过程因各物理场各空间尺度上的求解相互独立而存在关联机制被忽略、求解精度低等问题，常规焊接过程形性调控策略难以实现不同尺度不同物理场的同步耦合定量调控，无法满足轻合金空间曲面激光焊接结构在航空航天特殊服役载荷条件下的性能需求。
发明了一种基于电弧-磁场-超声多能量场协同加载与智能配比的高效激光焊接技术，开发了各能量场的产热与熔池热累积的定量设计方法，针对差异化材料和结构实现了不同能量配比系数的高效激光焊接。以激光、电弧、超声、磁场等能量源柔性耦合配比为边界条件，采用基因单元组组装法和壳-实体耦合单元法划分求解域，采用有限元法和有限体积法实现对大型复杂薄壁结构宏观尺度温度场、流场、应力应变场进行流-固耦合求解；结合分区靶向调控算法，在微观尺度开展温度场、流场、微观组织与缺陷的精准求解，形成了航空航天轻合金大型复杂结构激光焊接过程多尺度形性精准调控体系。基于人工神经网络算法建立了面向服役环境精准设计的循证反演模型，并依此进行各能量场配比系数优化，形成了基于多能量场协同加载与多物理场耦合仿真的高效激光焊接技术。
（2）基于智能知识库与光-机-电在线耦合联调的双激光束双侧同步焊接装备
303 次浏览
分享到
成果介绍
科技计划：
国家级：
成果形式：新技术
合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股
参与活动：
2022年高校院所走进镇江产学研合作对接活动
2023年高校院所走进镇江产学研合作对接活动
第二届江苏产学研合作对接大会
2023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 0 项
已授权专利,其中:发明专利 0 项
成果简介
成果概况
项目针对轻量化材料与结构的连接加工需求，该类轻合金大型复杂结构件制造过程涉及壁板与桁条的连接、复杂曲面对接等，传统连接工艺日渐难以满足大量新型号对结构件制造过程高精度、高效率、低成本等指标的要求。近年来激光器性价比的飞速提升，使得航空航天轻合金大型复杂结构的激光焊接生产成为可能。瞄准激光焊接技术与装备应用于航空航天关键型号中存在的缺陷较多、应力与变形难以控制、装备短缺等难题，开展了长达 11 年的理论研究、技术攻关、装备研制以及应用验证，在轻合金大型复杂结构精准激光焊接相关理论、技术、装备等方面均实现了重要突破。
（1）基于多能量场智能配比与多物理场耦合仿真的高效激光焊接技术
航空航天轻合金大型复杂结构涉及多种材料牌号与接头形式，复杂的空间曲线焊缝轨迹和特殊的服役性能要求导致单一激光能量难以满足实际焊接需求。面向航空航天轻合金大型复杂结构激光焊接过程形性精准调控的现实需求，以试错法为主的试验研究手段存在效率低、成本高等问题，传统仿真过程因各物理场各空间尺度上的求解相互独立而存在关联机制被忽略、求解精度低等问题，常规焊接过程形性调控策略难以实现不同尺度不同物理场的同步耦合定量调控，无法满足轻合金空间曲面激光焊接结构在航空航天特殊服役载荷条件下的性能需求。
发明了一种基于电弧-磁场-超声多能量场协同加载与智能配比的高效激光焊接技术，开发了各能量场的产热与熔池热累积的定量设计方法，针对差异化材料和结构实现了不同能量配比系数的高效激光焊接。以激光、电弧、超声、磁场等能量源柔性耦合配比为边界条件，采用基因单元组组装法和壳-实体耦合单元法划分求解域，采用有限元法和有限体积法实现对大型复杂薄壁结构宏观尺度温度场、流场、应力应变场进行流-固耦合求解；结合分区靶向调控算法，在微观尺度开展温度场、流场、微观组织与缺陷的精准求解，形成了航空航天轻合金大型复杂结构激光焊接过程多尺度形性精准调控体系。基于人工神经网络算法建立了面向服役环境精准设计的循证反演模型，并依此进行各能量场配比系数优化，形成了基于多能量场协同加载与多物理场耦合仿真的高效激光焊接技术。
（2）基于智能知识库与光-机-电在线耦合联调的双激光束双侧同步焊接装备
创新要点
提出了基于元胞自动机-有限元（CA-FE）的焊缝组织形态三维解构方法和面向微区性能及缺陷的组织形态重构方法，实现了激光焊接接头不同区域内组织和缺陷的分区靶向主动调控；发明了一种基于电弧-磁场-超声多能量场协同加载与智能配比的高效激光焊接技术，形成了基于多尺度多物理场耦合建模求解的大型复杂结构形性精准调控体系，构建了基于人工神经网络循证反演模型的能量场配比系数设计方法；提出了面向光-机-电融合的可迭代进化知识库系统和工艺参数反求算法，实现了基于模糊控制的光学参数与机械系统参数在线耦合联调与智能控制，研发了完全自主可控的大行程高精度机器人-龙门式双激光束双侧同步焊接装备，X/Y/Z方向的加工能力可达16 m×10 m×6 m。
显著提升了接头强度，铝合金激光焊接接头的抗拉强度达到母材抗拉强度的 82%，钛合金激光焊接接头的抗拉强度不低于母材抗拉强度的 90%，有效抑制缺陷且达到 I 级焊缝标准。实现了复杂空间曲面的高质量焊接与结构减重，提升了结构适应性，有效控制了变形与残余应力。最大焊后变形不超过原始尺寸的 0.1%，焊缝最大残余应力比钨极氩弧焊降低 30%；有效降低火箭贮箱结构重量 15%以上。焊接过程中激光功率调整精度达5W/1000W，单次调整幅度小于10 W，离焦量单次调整幅度小于0.1 mm，响应时间小于10 μs；双激光束焊接设备直线焊缝焊接速度最大可达9 m/min，曲线焊缝焊接速度最大可达3 m/min。
主要技术指标
其他说明
获授权发明专利34项，出版专著1部，发表学术论文100余篇。
成果荣获江苏省科学技术奖一等奖、航空工业科技进步二等奖。
成果成功应用于我国民用客机C919，解决了我国大型双激光束双侧同步焊接设备“从无到有”的问题；成功应用于我国军用XX等型号，解决了XX飞机批产过程中机身结构激光焊接应力与变形控制难题，“提升了我国军用飞机的安全服役性能”；成功应用于中国航天XLV重型运载火箭，解决了长征系列火箭多个型号焊接应力与变形精准调控难题，突破了国内首个激光焊接火箭贮箱的研制。成果还应用于中国航天科技集团有限公司第八研究院的新一代轻质高强航天器产品、上海航天设备制造总厂的多个运载和空间型号的框桁式贮箱及密封舱、上海飞机制造有限公司的ARJ21客机等我国多个重点型号上，成效显著，有效提升了我国民用客机、军用飞机、运载火箭的轻量化水平和制造效率。
完成人信息
姓名：对接成功后可查看
所在部门：对接成功后可查看
职务：对接成功后可查看
职称：对接成功后可查看
手机：对接成功后可查看
E-mail：对接成功后可查看
电话：对接成功后可查看
传真：对接成功后可查看
邮编：对接成功后可查看
通讯地址：对接成功后可查看
联系人信息
姓名：对接成功后可查看
所在部门：对接成功后可查看
职务：对接成功后可查看
职称：对接成功后可查看
手机：对接成功后可查看
E-mail：对接成功后可查看
电话：对接成功后可查看
传真：对接成功后可查看
邮编：对接成功后可查看
通讯地址：对接成功后可查看
咨询与解答
热门推荐
-
电子信息精密光学组件装配机器人及视觉系统 -
能源环保船舶能耗分布及能效评价技术 -
电子信息脑控无人飞行器系统 -
装备制造无需金属催化剂的有机硅封装胶 -
-
电话：025-85485967 QQ客服：402523539