基于SORPAS軟件電阻點焊CAE分析的生產(chǎn)應(yīng)用

（東風柳州汽車有限公司綜合工藝部焊裝組，廣西 柳州 545005）

現(xiàn)代汽車白車身生產(chǎn)車間——焊裝車間大量使用點焊機，由于板材料厚和規(guī)格繁多，單車型的焊鉗數(shù)量200~400左右，多種焊機的混合使用，種類造成單車型的焊接工況多達成百上千種，要想獲得最佳的焊接參數(shù)，首先要知道這些焊接工況的焊接區(qū)間，因為整車的的焊接區(qū)間很多，以前常規(guī)的方式為在調(diào)試階段通過多次破壞性試片試驗確定，焊接參數(shù)設(shè)置的實驗次數(shù)以及所需時間較長。當前，隨著縮短車型的開發(fā)調(diào)試周期需要，電阻點焊的仿真模擬逐步進入汽車生產(chǎn)中。目前專業(yè)的電阻焊仿真優(yōu)化軟件SORPAS已經(jīng)被歐美、日、韓的汽車和零配件等生產(chǎn)公司所采用[1]。

SORPAS是專業(yè)的電阻焊模擬仿真優(yōu)化軟件，集有限元分析和電阻焊工程原理、經(jīng)驗于一體，目前在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到商業(yè)化應(yīng)用，用于支持評估各種組合的可焊性，設(shè)計焊件和電極，同時還能優(yōu)化電阻焊過程參數(shù)[2]。

本文通過使用SORPAS軟件的計算焊接區(qū)間功能，查找兼容的焊接參數(shù)，再通過鑿檢驗證、金相、驗證以及力學(xué)驗證，最終得到一組最適合的焊接參數(shù)，并做成焊接參數(shù)卡片。

1 SORPAS各模塊介紹

SORPAS軟件的焊接參數(shù)分析方式有直接模擬、指定優(yōu)化、焊接區(qū)間和自動優(yōu)化幾種。

（1）對于已知參數(shù)的板材，可以選用直接模擬，查看焊接效果。

（2）對于未知參數(shù)的板材，可以選用自動優(yōu)化，計算出推薦的參數(shù)。如圖1所示。

（3）對于一把焊鉗焊接多種板材的工況，使用焊接區(qū)間的方式，選擇兼容的焊接參數(shù)。如圖2所示。

圖1 sorpas自動優(yōu)化結(jié)果

圖2 sorpas焊接區(qū)間結(jié)果

2 SORPAS在東風柳汽的生產(chǎn)應(yīng)用

2.1 指導(dǎo)焊接生產(chǎn)

（1）制作整車焊接工況統(tǒng)計表（即焊接材料、厚度、疊放順序）。

（2）SORPAS計算焊接區(qū)間如圖2。

（3）統(tǒng)計每把焊鉗的疊加焊接區(qū)間即兼容焊接參數(shù)。如圖3所示。對于無法得到兼容焊接參數(shù)的情況，取最難焊接工況的參數(shù)。

圖3 焊接區(qū)間疊加圖

（4）焊接參數(shù)輸入焊機中，測試輸出焊接電流，（誤差<4%），同時使用壓力測試儀校正焊接壓力，使焊接壓力與設(shè)定值相同（誤差<0.2 kN）。

（5）抽取重保焊點做金相驗證和力學(xué)驗證。

（6）做整車鑿檢驗證。

（7）根據(jù)結(jié)果反過來校正、控制焊接的輸入條件：電極帽修磨、氣壓、電極的垂直度、網(wǎng)壓的穩(wěn)定性。

（8）將修改后的參數(shù)做成焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫卡片。

在各影響因素中，電極帽修磨起到關(guān)鍵作用，因此采用自動修磨可以大幅度提高焊點質(zhì)量，氣壓值是影響焊接質(zhì)量的第二要素，對于日常生產(chǎn)保持穩(wěn)定的焊接壓力可以穩(wěn)定焊接質(zhì)量，其他如工人操作包括電極垂直度也是重要因素之一。

2.2 建立焊接參數(shù)卡片庫

SORPAS計算得到的焊接結(jié)果是一系列的數(shù)據(jù)文件，為了便于部門之間查閱與參考，便于現(xiàn)場指導(dǎo)管理，考慮到SORPAS的計算數(shù)據(jù)量比較大，不便于移動，因此將SORPAS的數(shù)據(jù)結(jié)果制作了焊接參數(shù)卡片庫，其包含了焊接區(qū)間圖、力學(xué)特性以及實際生產(chǎn)使用的焊接參數(shù)，為生產(chǎn)部門提供參考。如圖4所示。

圖4 焊接參數(shù)卡片庫

3 驗證結(jié)果

從驗證結(jié)果中抽取部分進行介紹。表1為工況信息。

表1工況信息

整個過程的驗證結(jié)果如下：

3.1 金相驗證

根據(jù)焊接區(qū)間疊加圖，設(shè)定焊接參數(shù)，焊接各工況試片，查看宏觀金相，如圖5所示。比對熔核直徑與計算結(jié)果的差異，誤差最高為12%（序號1組與序號2組），可以滿足生產(chǎn)要求。

圖5金相驗證圖

3.2 拉力實驗驗證

根據(jù)ISO_14273_2000標準制作焊接試片，焊接過程采用工裝裝夾，得到拉力驗證結(jié)果如表2所示，實驗值與分析結(jié)果最大差距30%，但是可以滿足生產(chǎn)要求。

表2 拉檢驗證結(jié)果

3.3 整車鑿檢驗證

試片驗證后實際焊車驗證，查看焊接外觀以及焊后整車鑿檢驗證，要求外觀焊點無毛刺、扭曲、壓痕不合。焊點強度達到鑿檢標準。經(jīng)驗證調(diào)整后98%以上的焊點強度可以滿足生產(chǎn)質(zhì)量要求。

4 結(jié)束語

（1）通過SORPAS的電阻點焊建立的焊接區(qū)間圖，可以快速找到各焊鉗兼容焊接參數(shù)，縮短調(diào)試周期和降低制造成本。

（2）將驗證后的焊接參數(shù)建立焊接參數(shù)卡片庫，實現(xiàn)快速查詢，當后續(xù)車型在相同工況下快速確定焊接參數(shù)。

[1]趙 陽.電阻焊仿真SORPAS在國內(nèi)的應(yīng)用[J].電焊機，2013，43(2):72-78.

[2]徐士航.DP590GA熱鍍鋅雙相鋼電阻點焊工藝研究及數(shù)值模擬[D].上海：上海交通大學(xué)，2010.

[3]Wen ZHENGParameter optimization of dissimilar resistance spot welding on ultra-high strength hot-stamped steel and mild steel by numerical simulation.Acta Metall.Sin.（Engl.Lett.）[J].2012，25（6）：487-498.

[4]鄭 文.超高強度熱成形鋼板電阻點焊數(shù)值模擬及分析[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.