[发明专利]相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法

说明书

本发明提供一种相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，包括：选取一组相同材料的焊接母材，对这一组焊接母材进行焊接处理，获取多个焊点，再获取每个焊点的模型参数，并对每个焊点进行拉剪试验从而获取焊点的切向拉力及法向拉力，之后再获取每个焊点的平面应力参数，并建立椭圆失效模型，确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。最后还对热影响区宽度结果做了拟合修正。本方案无需分析焊点的剖面显微结构即可计算出热影响区宽度，操作简单。并且，通过建立模型、以及参数识别的方法可以求解任意一组相同材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度，实现了逐一确定焊点的初始热影响区宽度，进而使得拉脱失效力可以量化评判。

技术领域

本发明涉及焊接参数计算技术领域，特别涉及一种相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法。

背景技术

电阻点焊是汽车行业车身钣金件常用的连接方式，比如钢制白车身(BIW)的连接，冲压钣金之间的主要连接方式就是电阻点焊，只有保证了电阻点焊的焊接质量才能使得钣金件按照设计标准提供足够的车身强度。

作为对电阻点焊的质量控制手段之一是车身破解试验以及抗凿试验，通常的标准是电阻点焊以后形成的焊核区域(nugget)的最小直径应该不小于(t是焊接母材的厚度)，质检员通过物理测量可以大致锁定焊核的直径太小的焊点有焊核界面失效(interfacial fracture)的风险，然后通过车身破解和抗凿试验即可锁定焊接不到位的电阻点焊，然后提出改进焊接工艺的要求，优化焊接工艺和顺序。

除此以外从车身设计以及整车安全工程师角度需要电阻点焊不但满足基本的连接和工艺要求不会发生焊核界面失效，而且需要焊点能提供足够大的拉脱失效力(nuggetpull-out force)，而焊点拉脱失效力与包围在焊核周围的热影响区(HAZ)宽度有关，通常情况下HAZ区域越宽焊点的拉脱失效力越大。

碰撞CAE(计算机辅助工程，Computer Aided Engineering)模型是用于大规模仿真碰撞分析的工具，目前此类仿真模型都是基于壳单元模拟，而壳单元都是基于平面应力假设将三维的体单元简化成诸如BT(Belytschko-Tsay；例如Ls-dyna软件中的2号单元)单元或者全积分单元(例如Ls-dyna软件中的16号单元)。此类单元虽然使用了平面应力假设即沿着板壳厚度方向的应力恒等于0，但是非常适用于实际车辆的板壳结构和薄壁结构，同时在计算效率上远远高于体单元，所以目前各大主机厂的通用做法就是将整车用壳单元划分以后做整车碰撞CAE分析。

而焊点的做法通常是使用梁模型或者六面体单元，此种做法只能局部提取焊点的轴向力和剪切力，所以失效模式更类似于焊核界面失效，但是这种失效方式不属于正常焊点的失效模式，所以无法大范围使用并判断焊点的剥离撕裂风险。

现有技术中，即使很多主机厂试图建立基于母材失效的圆周撕裂焊点的详细模型，但是由于无法获取整车车身各个区域的焊点参数，比如焊点热影响区宽度，所以无法非常准确的建立满足焊点失效判断的模型。此外不同厚度与不同强度等级的材料之间的焊点连接也会导致不同大小热影响区，此类热影响区如果从理化分析或者焊点剖面显微分析角度去逐个测量虽然也能测出焊点热影响区的大小，但是没有办法使得焊点热影响区的大小与焊点热影响区的材料强度以及焊接母材的厚度、焊核的直径、不同角度的电阻点焊的切向拉力、法向拉力产生联系，也就是无法验证直接测量的焊点热影响区域大小是否合理。

并且，获取焊点的热影响区宽度需要通过分析焊点的剖面显微结构才能达成，同时对于整车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显微结构分析。在整车碰撞CAE分析时没法精确的分析出焊点是否失效以及焊点的数量和位置是否合适。整车安全设计工程师如果无法获取焊点热影响区的宽度就无法准确的判断车身某处焊点的个数以及工艺是否可以满足整车碰撞安全的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的无法逐一确定焊点的热影响区宽度而导致拉脱失效力无法量化评判的问题。