[發明專利]環形電阻點焊接頭力學性能的預測方法

在審

• 申請號: 202011237713.1
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112317940A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 徐國成;尤小龍;董娟;谷曉鵬;張建龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11;B23K11/36
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發明涉及一種環形電阻點焊接頭力學性能的預測方法，屬于電阻點焊技術領域。包括：求解峰值溫度，利用有限元分析方法獲取環形電阻點焊接頭的熔核區、熱影響區和母材區的峰值溫度；測試材料屬性，根據各區域峰值溫度，采用熱循環模擬和實驗測試的方法獲得各區域材料屬性；建立力學分析模型，建立環形電阻點焊接頭的有限元模型；賦予材料屬性，將熔核區、熱影響區和母材區的材料屬性賦予在有限元模型的對應網格中；求解力學性能，利用有限元模型模擬力學性能測試的實驗過程，實現對環形電阻點焊接頭的失效模式和力學性能準確預測。優點在于：這種環形電阻點焊接頭力學性能的預測方法測試成本低、速度快，并且預測結果精準。

技術領域

本發明涉及電阻點焊技術領域，特別涉及點焊仿真技術領域，尤指一種環形電阻點焊接頭力學性能的預測方法。

背景技術

電阻點焊工藝廣泛應用于汽車、軌道列車和航空工業中，以汽車連接為例，每輛汽車在生產制造過程中會有3000-5000個焊點，以實現板材之間的高強度連接，因此電阻點焊的焊接性非常重要。

電阻點焊在經歷熱電力三場的耦合作用后，點焊接頭的力學性能發生顯著的變化，因此需要對電阻點焊接頭進行力學性能測試，進而判斷電阻點焊的焊接性。

目前國內外大多數對電阻點焊的力學性能的測試主要采用實驗測試的方法，由于這種力學性能的測試方法成本高、試驗周期長，因此尋找一種電阻點焊接頭力學性能測試的模擬方法尤為重要。

基于電阻點焊接頭斷裂的復雜性，傳統的經驗模型或極限載荷分析未考慮到熔核區、熱影響區以及母材區的材料屬性，因此模擬結果與實驗測試結果存在較大差距。

發明內容

本發明的目的在于提供一種環形電阻點焊接頭力學性能的預測方法，解決了現有技術存在的電阻點焊焊接性測試費用高、周期長以及傳統的模型預測方法預測結果不精確等問題。本發明對熔核區、熱影響區以及母材區的材料屬性進行模擬分析，以實現對電阻點焊接頭力學性能的精準預測。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

環形電阻點焊接頭力學性能的預測方法，包括如下步驟：

步驟一：求解峰值溫度：對環形電阻點焊接頭的焊接過程進行有限元模擬分析及物理實驗測試，獲取焊接過程中環形電阻點焊接頭的溫度分布，并根據溫度分布將環形電阻點焊接頭區分為熔核區、熱影響區和母材區，提取各區域峰值溫度；

步驟二：測試材料屬性：利用Gleeble熱機模擬試驗儀對不同試驗件分別加熱到熔核區、熱影響區和母材區的峰值溫度，使各試驗件獲得與環形電阻點焊接頭各區域相同的材料屬性；對各試驗件進行物理實驗測試，獲得環形電阻點焊接頭各區域的材料屬性；

步驟三：建立力學分析模型：建立環形電阻點焊接頭的有限元模型，在有限元模型中設置熔核區、熱影響區和母材區；

步驟四：賦予材料屬性：將步驟二中測得的熔核區、熱影響區和母材區的材料屬性賦予環形電阻點焊接頭有限元模型的對應區域；

步驟五：求解力學性能：利用有限元模型模擬力學性能測試的實驗過程，得到環形電阻點焊接頭的失效模式和力學性能。

所述的環形電阻點焊接頭的區域根據峰值溫度劃分為：熔核區1500℃，亞臨界熱影響區350℃、500℃或650℃，臨界熱影響區760℃，細晶粒熱影響區950℃，粗晶粒熱影響區1250℃和母材區。

獲得環形電阻點焊接頭中熔核區、熱影響區和母材區的材料屬性的方式為：利用Gleeble熱機模擬試驗儀對各試驗件分別加熱到熔核區1500℃，亞臨界熱影響區350℃、500℃或650℃，臨界熱影響區760℃，細晶粒熱影響區950℃，粗晶粒熱影響區1250℃和母材區的峰值溫度，使各試驗件獲得與環形電阻點焊接頭各區域相同的材料屬性；對熱循環后的各試驗件進行物理實驗測試，獲得環形電阻點焊接頭各區域的材料屬性，包含彈性模量、泊松比、密度、強度。