[發明專利]相同材料的焊接母材的焊點的熱影響區寬度的計算方法

在審

• 申請號: 202011561591.1
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112651158A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 黃晨暉;陳亞軍;安超群;李楠
• 申請（專利權）人: 摩登汽車（鹽城）有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海音科專利商標代理有限公司 31267
• 代理人: 孫靜

本發明提供一種相同材料的焊接母材的焊點的熱影響區寬度的計算方法，包括：選取一組相同材料的焊接母材，對這一組焊接母材進行焊接處理，獲取多個焊點，再獲取每個焊點的模型參數，并對每個焊點進行拉剪試驗從而獲取焊點的切向拉力及法向拉力，之后再獲取每個焊點的平面應力參數，并建立橢圓失效模型，確定材料的焊接母材的焊點的初始熱影響區寬度。最后還對熱影響區寬度結果做了擬合修正。本方案無需分析焊點的剖面顯微結構即可計算出熱影響區寬度，操作簡單。并且，通過建立模型、以及參數識別的方法可以求解任意一組相同材料的焊接母材的焊點的初始熱影響區寬度，實現了逐一確定焊點的初始熱影響區寬度，進而使得拉脫失效力可以量化評判。

技術領域

本發明涉及焊接參數計算技術領域，特別涉及一種相同材料的焊接母材的焊點的熱影響區寬度的計算方法。

背景技術

電阻點焊是汽車行業車身鈑金件常用的連接方式，比如鋼制白車身(BIW)的連接，沖壓鈑金之間的主要連接方式就是電阻點焊，只有保證了電阻點焊的焊接質量才能使得鈑金件按照設計標準提供足夠的車身強度。

作為對電阻點焊的質量控制手段之一是車身破解試驗以及抗鑿試驗，通常的標準是電阻點焊以后形成的焊核區域(nugget)的最小直徑應該不小于(t是焊接母材的厚度)，質檢員通過物理測量可以大致鎖定焊核的直徑太小的焊點有焊核界面失效(interfacial fracture)的風險，然后通過車身破解和抗鑿試驗即可鎖定焊接不到位的電阻點焊，然后提出改進焊接工藝的要求，優化焊接工藝和順序。

除此以外從車身設計以及整車安全工程師角度需要電阻點焊不但滿足基本的連接和工藝要求不會發生焊核界面失效，而且需要焊點能提供足夠大的拉脫失效力(nuggetpull-out force)，而焊點拉脫失效力與包圍在焊核周圍的熱影響區(HAZ)寬度有關，通常情況下HAZ區域越寬焊點的拉脫失效力越大。

碰撞CAE(計算機輔助工程，Computer Aided Engineering)模型是用于大規模仿真碰撞分析的工具，目前此類仿真模型都是基于殼單元模擬，而殼單元都是基于平面應力假設將三維的體單元簡化成諸如BT(Belytschko-Tsay；例如Ls-dyna軟件中的2號單元)單元或者全積分單元(例如Ls-dyna軟件中的16號單元)。此類單元雖然使用了平面應力假設即沿著板殼厚度方向的應力恒等于0，但是非常適用于實際車輛的板殼結構和薄壁結構，同時在計算效率上遠遠高于體單元，所以目前各大主機廠的通用做法就是將整車用殼單元劃分以后做整車碰撞CAE分析。

而焊點的做法通常是使用梁模型或者六面體單元，此種做法只能局部提取焊點的軸向力和剪切力，所以失效模式更類似于焊核界面失效，但是這種失效方式不屬于正常焊點的失效模式，所以無法大范圍使用并判斷焊點的剝離撕裂風險。

現有技術中，即使很多主機廠試圖建立基于母材失效的圓周撕裂焊點的詳細模型，但是由于無法獲取整車車身各個區域的焊點參數，比如焊點熱影響區寬度，所以無法非常準確的建立滿足焊點失效判斷的模型。此外不同厚度與不同強度等級的材料之間的焊點連接也會導致不同大小熱影響區，此類熱影響區如果從理化分析或者焊點剖面顯微分析角度去逐個測量雖然也能測出焊點熱影響區的大小，但是沒有辦法使得焊點熱影響區的大小與焊點熱影響區的材料強度以及焊接母材的厚度、焊核的直徑、不同角度的電阻點焊的切向拉力、法向拉力產生聯系，也就是無法驗證直接測量的焊點熱影響區域大小是否合理。

并且，獲取焊點的熱影響區寬度需要通過分析焊點的剖面顯微結構才能達成，同時對于整車不同材料和板厚以及不同部位的焊接母材不可能逐一去做剖面顯微結構分析。在整車碰撞CAE分析時沒法精確的分析出焊點是否失效以及焊點的數量和位置是否合適。整車安全設計工程師如果無法獲取焊點熱影響區的寬度就無法準確的判斷車身某處焊點的個數以及工藝是否可以滿足整車碰撞安全的要求。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的無法逐一確定焊點的熱影響區寬度而導致拉脫失效力無法量化評判的問題。