汽車結構件插入焊接的疲勞壽命預測

汽車結構件插入焊接的疲勞壽命預測

改善燃料消耗是汽車工業發展的主要方向，實現汽車輕量化是改善燃料消耗的關鍵策略。在汽車上應用輕質材料（如鋁合金、鎂合金等）需要開發新型連接工藝，以實現汽車結構中異種材料的連接。目前，出現一種插入焊接的新型連接方法，該方法結合了電阻點焊和自沖鉚接。在實際應用時，還需要對焊接處的疲勞壽命進行預測，保證汽車結構的安全性。

插入焊接是將待連接的兩個金屬板件重疊，并分為上層板件和下層板件。焊接時，首先利用自沖鉚接技術刺穿上層板件，之后采用電阻點焊將鉚釘與下層板件連接。對插入焊接疲勞壽命進行預測時，以汽車前避震塔結構為例進行。預測前，需要獲得插入焊接接頭的加載壽命曲線。該曲線通過疲勞循環測試獲得。試驗時，選擇HSLA350鋼板和AM60鑄造鎂合金兩種材料。所制造金屬板件試樣長度均為75mm、寬度均為30mm。將HSLA350鋼板作為上層板件，厚度設為1.0mm，將AM60鑄造鎂合金作為下層板件，厚度設為3.1mm。將兩種板件式樣重疊30mm進行插入焊接，得到待測試的焊接試樣。對焊接試樣進行循環應力比為0.1的疲勞壽命測試，循環次數超過500萬次，則認為焊接試樣不會發生疲勞損傷。通過疲勞測試獲得焊接接頭的加載壽命曲線。在有限元軟件中建立汽車前避震塔結構模型，對焊接處的模擬采用區域接觸模型（ACM），網格劃分的網格尺寸設定為5mm，最后進行汽車前避震塔有限元分析。將分析結果與真實的汽車前避震塔使用壽命進行對比，結果發現，預測結果高于實際結果，但誤差較小，能夠滿足疲勞壽命預測精度的要求。

HongTae Kang et al.SAE

2016-01-0392.

編譯：王祥