基于SORPAS軟件電阻點焊CAE分析的生產應用

（東風柳州汽車有限公司綜合工藝部焊裝組，廣西 柳州 545005）

現代汽車白車身生產車間——焊裝車間大量使用點焊機，由于板材料厚和規格繁多，單車型的焊鉗數量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，首先要知道這些焊接工況的焊接區間，因為整車的的焊接區間很多，以前常規的方式為在調試階段通過多次破壞性試片試驗確定，焊接參數設置的實驗次數以及所需時間較長。當前，隨著縮短車型的開發調試周期需要，電阻點焊的仿真模擬逐步進入汽車生產中。目前專業的電阻焊仿真優化軟件SORPAS已經被歐美、日、韓的汽車和零配件等生產公司所采用[1]。

SORPAS是專業的電阻焊模擬仿真優化軟件，集有限元分析和電阻焊工程原理、經驗于一體，目前在工業領域已經得到商業化應用，用于支持評估各種組合的可焊性，設計焊件和電極，同時還能優化電阻焊過程參數[2]。

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

1 SORPAS各模塊介紹

SORPAS軟件的焊接參數分析方式有直接模擬、指定優化、焊接區間和自動優化幾種。

（1）對于已知參數的板材，可以選用直接模擬，查看焊接效果。

（2）對于未知參數的板材，可以選用自動優化，計算出推薦的參數。如圖1所示。

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

圖1 sorpas自動優化結果

圖2 sorpas焊接區間結果

2 SORPAS在東風柳汽的生產應用

2.1 指導焊接生產

（1）制作整車焊接工況統計表（即焊接材料、厚度、疊放順序）。

（2）SORPAS計算焊接區間如圖2。

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

圖3 焊接區間疊加圖

（4）焊接參數輸入焊機中，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，使焊接壓力與設定值相同（誤差<0.2 kN）。

（5）抽取重保焊點做金相驗證和力學驗證。

（6）做整車鑿檢驗證。

（7）根據結果反過來校正、控制焊接的輸入條件：電極帽修磨、氣壓、電極的垂直度、網壓的穩定性。

（8）將修改后的參數做成焊接參數數據庫卡片。

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

2.2 建立焊接參數卡片庫

SORPAS計算得到的焊接結果是一系列的數據文件，為了便于部門之間查閱與參考，便于現場指導管理，考慮到SORPAS的計算數據量比較大，不便于移動，因此將SORPAS的數據結果制作了焊接參數卡片庫，其包含了焊接區間圖、力學特性以及實際生產使用的焊接參數，為生產部門提供參考。如圖4所示。

圖4 焊接參數卡片庫

3 驗證結果

從驗證結果中抽取部分進行介紹。表1為工況信息。

表1工況信息

整個過程的驗證結果如下：

3.1 金相驗證

根據焊接區間疊加圖，設定焊接參數，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），可以滿足生產要求。

圖5金相驗證圖

3.2 拉力實驗驗證

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

表2 拉檢驗證結果

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。經驗證調整后98%以上的焊點強度可以滿足生產質量要求。

4 結束語

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

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

[1]趙 陽.電阻焊仿真SORPAS在國內的應用[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值模擬[D].上海：上海交通大學，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值模擬及分析[D].上海：上海交通大學，2013.