QTJICS.03.5502011車身焊點布置及焊點力計算標(biāo)準(zhǔn)

1、Q/TJI上海同捷科技股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/TJICS.03.550-2011車身焊點布置及焊點力計算標(biāo)準(zhǔn)2011-11-01實2011-11-01發(fā)布上海同捷科技股份有限公司發(fā)布Q/TJICS.03.550-2011-XX.1刖百本標(biāo)準(zhǔn)對車身焊點布置及焊點力計算進行詳細說明總并對焊點布宣及焊點力計算進彳j:分析和驗證,確認是否符合設(shè)計耍求，對不符合耍求的根據(jù)仿真結(jié)果進行優(yōu)化。特制定此校核標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)由上海同捷科技股份有限公司第六研發(fā)中心提出。本標(biāo)準(zhǔn)由上海同捷科技股份有限公司技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分院歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由上海同捷科技股份有限公司第六研發(fā)中心負責(zé)起草。本標(biāo)準(zhǔn)主耍起草人：劉海龍、于立劍。Q/TJIC

2、S.03.550-2011車身焊點布置及焊點力計算標(biāo)準(zhǔn)1范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用丁現(xiàn)有車型和正在開發(fā)的新車型；設(shè)計、制造部門可以參照此標(biāo)準(zhǔn)，制定出各個車型的具體點焊操作規(guī)范，以及制造的控制重點等本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了點焊作為一種高效的連接方式廣泛的應(yīng)用丁汽車零部件和整車的制造過程中，在很大程度上促進了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。但由于焊接的特性，大量的試驗也表明：與母材相比，焊接連接會大大地降低了整個結(jié)構(gòu)的抗疲勞破壞的性能，這樣使得通過點焊連接的結(jié)構(gòu)在服役期間常常在焊接處發(fā)生失效破壞，造成事故。而且進行點焊連接的設(shè)備和工藝復(fù)雜，加工成本很高。所以如果我們能在設(shè)計的初期對焊點的疲勞壽命通過計算來進行壽命預(yù)測，了解整個結(jié)構(gòu)上焊點

3、的分布情況，這樣就可以指導(dǎo)實際工藝中對焊點的個數(shù)、分布方式進行合理的調(diào)整，以提高產(chǎn)站的疲勞性能，并能降低制造成本，這樣的計算和分析是具有匸程實際意義的。同時，隨著近年來計算機軟硬件的迅速發(fā)展，計算機輔助工程（CAE）分析技術(shù)在靜態(tài)、碰撞、振動噪音等領(lǐng)域均有了相當(dāng)不錯的應(yīng)用成果，但疲勞耐久性分析需耍綜合有限元分析和動力學(xué)戯荷分析等專業(yè)技術(shù)，計算工作量非常大，且計算結(jié)果的準(zhǔn)確性由于沒有真實的道路載荷譜（RLD）作為輸入而缺乏說服力。本文針對上述問題，基丁在國內(nèi)汽車企業(yè)已經(jīng)開始成熟運用的六分力輪測試技術(shù)實測獲得的某乘用車在試車場的道路載荷譜數(shù)據(jù)，以此作為輸入，驅(qū)動建立好的整車多剛體動力學(xué)仿真模型，獲

4、取作用在白車身各連接點上的載荷譜，同時對車身焊點傳遞的力/力矩進行有限元分析。綜合上述結(jié)果，調(diào)用焊點疲勞損傷模型對車身焊點的疲勞壽命進行了計算，從而建立起一套較為可行的更符合真實匚況的焊點疲勞壽命分析技術(shù)流程。2規(guī)范性引用文件無。3術(shù)語及定義3.1焊接焊接是通過加熱或者加壓，或者兩者并用；用或不用填充材料：使兩分離的金屬表而達到原子間的結(jié)合，形成永久性連接的一種工藝方法。3.2點焊將被焊工件壓緊丁兩電極之間，并通以電流，利用電流流經(jīng)工件有限接觸面（即所謂“點”）及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱到熔化而形成扁球形的熔核，達到金屬結(jié)合的一種方法。3.3關(guān)鍵焊點指在車身中起著對各個關(guān)鍵件的承載、連接作

5、用，以及在整車動態(tài)或靜態(tài)工況中承受著各個方向的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力，從而對整車安全、性能、可靠性影響非常嚴重的焊點。3.4一般焊點在車身中起著結(jié)構(gòu)連接、尺寸固定的作用，對安全、性能影響相對較小的焊點。Q/TJICS.03.550-2011 3.5焊點點距指兩個和鄰焊點熔核的中心距離。4設(shè)計輸入輸出4.1設(shè)計輸入條件5設(shè)計工作內(nèi)容焊點布置說明焊點力計算分析6設(shè)計規(guī)則及標(biāo)準(zhǔn)要求6.1焊點布置說明6.1.1焊接結(jié)構(gòu)工藝性焊接結(jié)構(gòu)工藝性是指飯金結(jié)構(gòu)件在焊接夾具上組合拼裝后，實施焊接的難易程度。零件良好的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿足材料較省.工序較少.夾具加工較易、壽命較高、操作較方便及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等耍求。6.

6、1.2部件分塊車身覆蓋件的分塊，應(yīng)該在沖壓工藝允許的前提下，零件越少越好，這樣可以減少焊接面和裝配課差。車身上所有的孔洞，如門框和前后風(fēng)窗框都是非常垂要的裝焊部位，耍求這些門框洞盡量采取整體結(jié)構(gòu)，若孔洞部分采用雙層結(jié)構(gòu)，則至少一層為藥體結(jié)構(gòu)，以減少裝焊課差。6.1.3結(jié)構(gòu)的工藝性在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該貫徹“對稱地布置焊縫、焊點，并避免匯交、聚集、垂迭，次耍的焊縫、焊點可中斷，主耍的焊縫、焊點應(yīng)連接。6.1.3.1點焊接頭形式及焊接空間在零件設(shè)計時，點焊接頭應(yīng)盡可能設(shè)計成敞開式，同時還耍考慮周邊空間，以保證焊鉗能夠接近。亙1X1X（附圖1點焊接頭形式）敞開武半敞開式封閉式圖1點焊接頭形式6.1.

7、3.2焊接邊寬度兩個（或三個）相焊接寒件的焊接邊重疊部分的直邊寬度，一般應(yīng)不小T-13mm,且相焊接零件的焊接邊耍平齊。因沖壓或裝配等工藝耍求，允許1-2個焊點焊接處焊接邊的寬度為10-13mmo具體參照表1（若板材為不同厚度組合，按較薄的板選取）表1電阻點焊的焊點尺寸板厚（最薄板）tmm焊點直徑dmm焊點到邊緣最小距離fHIT焊接邊最小寬度mm0.6-0.795.0-6.05100.8-1.3955一6510-121.4-1.996.0-7.07-914-1S2.0-2.496.5-7.59-1018-206.1.3.3覆蓋件焊接面要求平整，不允許存在皴折、回彈等質(zhì)量問題。6.1.3.4覆蓋

8、件的焊接面要求盡量布置在平直面上，非焊接而要留足夠的空間，以免零件間相互干涉。6.1.3.5焊點間距的合理性在實際生產(chǎn)中，當(dāng)焊接小尺寸零件時，可參考表5-2中的數(shù)據(jù)。在焊接大尺寸零件時，點距可以適當(dāng)加大，一般不小T40-50mm。在有些非受力的部位，貝U焊點的距離還可以加大到70-80mm。板厚t、焊點直徑d、設(shè)計時可選収的最小焊點直徑dmin及焊點間的最小距離e,詳見表2。若板材為不同厚度組合，按較薄的板選取。特殊情況下必須超出表5-2規(guī)定設(shè)計點焊接頭時應(yīng)經(jīng)與客戶工藝人員商討。表2電阻點焊的焊點尺寸板厚（最薄板）t焊點直徑d最小焊點直徑二層板焊點間三層板焊點間mmmmdmin最小距離e最小距

9、離emmmmmm0.6-0.795.0-6.03.512-1615-200.8-1.395.5-6.54.016-2520-321.4-1.996.0-7.04.525-4033-502.0-2.496.5-7.55.040-5050-636.1.3.6點焊零件的板材層數(shù)及料厚比點焊零件的板材的層數(shù)一般為2層，最多三層，點焊接頭各層板材的料厚比應(yīng)在1/33之間。如因結(jié)構(gòu)耍求確需3層焊接，首先應(yīng)檢査料厚比，如果合理可以焊接，如果不合理，應(yīng)考慮開工藝孔或工藝缺I,錯開焊點，以保證點焊處料厚比在允許的范圍內(nèi)。6.1.3.7零件定位、夾緊是否方便可靠在零件的設(shè)計時，應(yīng)考慮合適的焊接夾具定位孔和定位基準(zhǔn)

10、面，以便設(shè)計制造低成本、高質(zhì)量的焊接定位夾具。盡量利用凸包、切口來代替樣板定位。這不但能方便操作和提高效率，而且有利丁產(chǎn)品質(zhì)量的提高。6.1.3.8焊接加工工藝1）檢査焊接空間是否合理。焊接間隙最大應(yīng)在0.50.8mm。2）CO2氣體保護焊，檢查可見區(qū)域內(nèi)焊接處是否開有塞焊工藝孔及凹坑，以保證焊接后有較好的外觀質(zhì)量。塞焊工藝孔尺寸一般取10左右。6.2其他裝焊的工藝性6.2.1焊接工藝的選擇對于某些有外觀有求的車身外覆件，其點焊表面不允許有凹坑，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)考慮在固定點焊機上或采用單面焊槍來完成焊接,所耍求的表面應(yīng)能與下電極相接觸。因為這時采用大平而的電極,以而使點焊凹陷不明顯。6.2

11、.2焊接輔具的選用在車身裝焊工藝中，由于結(jié)構(gòu)形式不同，需使用各種各樣的焊接輔具（如焊鉗），選用這些焊接輔具的品種，盡量利用標(biāo)準(zhǔn)的或適用的焊接輔具也是衡量車身結(jié)構(gòu)匸藝性的一項內(nèi)容。（如大批量生產(chǎn)中采用大焊鉗來焊接某個件，而在小批最生產(chǎn)中，這焊鉗是不經(jīng)濟的，應(yīng)盡量采用適用的焊接輔具或其它方法。）6.2.3標(biāo)準(zhǔn)件的使用在車身上耍盡量采用相同的標(biāo)準(zhǔn)件（焊接螺母、螺釘）以利于減少裝焊工藝的工種和管理匸作。6.3焊點力的計算6.3.1焊點疲勞計算簡單原理1.1結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算如圖2所示為一個典型的焊點連接件示意圖，陰影部分是焊核。通過有限元方法來計算結(jié)構(gòu)應(yīng)力時,模擬焊核的剛性梁單元長度為0.5（sl+s2）,

12、具中1和s2分別為板1和板2的厚度，點1、2分別為梁單元在兩層殼單元上的端點，點3為焊核中心線與兩板連接面的交點。梁單元傳遞的力和力矩被用來計算焊核和連接板周圍的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，依此通過S-N法預(yù)測焊點的疲勞壽命。圖2典型點焊連接件從計算所得的數(shù)據(jù)結(jié)果文件中分別提取點1、2、3的力Fx.Fy、Fz和彎矩Mx.My.Mz,依此來計算板1和板2內(nèi)表面以及焊核在與兩板交接點處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力（沿焊核圓周方向每10。取一個點來計算）。點1和點2上的力和彎矩是焊核作用到板上的，而點3上的力和力矩為上層板作用于下層板的。上述結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算如下：對于點1，板內(nèi)表面上的等效應(yīng)力ns為焊核沿周向方位角q的函數(shù)，如式1所示：（

13、1）式中：Q/TJICS.03.550-2011(4) 上述應(yīng)力計算公式計入了通過大量試驗得到的經(jīng)驗因子，式中1116斤33勿23加當(dāng)Fz30時：o(FZ3)=0；當(dāng)(FzsSO)時,32見3我）心1于）SiO當(dāng)（Fzl0）時，o（Fzl）=0：當(dāng)（Fzl存命cycles&Sm-Rel圖3焊核和母材的S-N曲線1.3焊點損傷計算在焊核和連接板處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力都按照上述的公式計算出來后，結(jié)合焊核和母材的材料疲勞特性。通過準(zhǔn)靜態(tài)方法對每個計算點的有效應(yīng)力歷程進行計算，然后用雨流循環(huán)計數(shù)，再根據(jù)Miner損傷累積法則（式5）即可進彳j疲勞損傷的計算5。這樣可得到所有焊點損傷和壽命的分布情1式中：Di每級

14、載荷下產(chǎn)生的損傷：Ni每級載荷的循環(huán)次數(shù)；Nif每級載;荷對應(yīng)的疲勞極限次數(shù)。6.3.2車身焊點建模及工程應(yīng)力計算車身上的焊點有上萬個，如圖4所示。在有限元前處理建模時可通過剛性梁單元、CWeld單元或ACM（AreaContactMethod面接觸方法）等形式來模擬焊點，這里采用ACM方式,如圖5所示。圖4車身上焊點實物圖圖5有限元模擬車身焊點模型對車身承載點處施加單位力/力矩，計算所有焊點中傳遞的力/力矩，然后通過上述方法來獲取焊點中傳遞的工程應(yīng)力，作為疲勞損傷計算的參數(shù)。6.3.3整車多體動力學(xué)分析和載荷譜提取顯然，對車身焊點的疲勞壽命分析需耍提供作用在車身各連接點處的載荷譜，這里采用半

15、實物方法,在多體動力學(xué)軟件MSC.ADMAS平臺上對該整車建立多體動力學(xué)模型，如圖6所示。以上述實測獲得的四個車輪的六分力作為輸入，驅(qū)動建立好的整車多體動力學(xué)模型運行一定時間長度，即可提取出車身與底盤各連接點上相應(yīng)的力和力矩的時間歷程。如圖7所示，給出右前縱梁與底盤聯(lián)接點處的三向力/力矩時間歷程，此即疲勞計算時所需的載荷譜。需耍說明的是，由丁整車多體動力學(xué)計算的限制，很難一次完Q/TJICS.03.550-2011成實測的1720秒時間長度的計算，同時出于考察各特征路面對車身焊點疲勞的影響程度大小的目的，將實測載荷譜按各特征路而情況進行了分割，這里給出的是車輛行駛丁石塊路面上所受到的載荷譜，共

16、40秒長度。yr1CS.圖6建立的整車多體動力學(xué)模型圖7車身右前縱梁與底盤聯(lián)接點力/力矩時間歷程6.3.4車身焊點疲勞分析結(jié)果至此，車身焊點疲勞壽命計算所需的結(jié)構(gòu)單位載荷下應(yīng)力場、承載;點的載荷譜、焊點材料的疲勞性能曲線這三個輸入條件都已具備，在專業(yè)疲勞分析軟件nCodeDesignLife平臺上即可對該車身焊點進彳了疲勞計算，給出壽命分布結(jié)果如圖8所示，這里通過后處理只給出壽命小丁設(shè)定門檻值的焊點圖形結(jié)果?？梢娫摴r下的疲勞危險區(qū)域?qū)⒅魉＜性谒膫€減振器支座處，提示需耍對該部位在設(shè)計時的z構(gòu)形式和焊點分布引起重視，以避免其早期失效。圖8車身焊點疲勞壽命分布除了耍關(guān)注車身焊點分布中相對危險的區(qū)

17、域，上述計算還可輸出前四個危險焊點的壽命值及其可能發(fā)生失效的部位，如表3所示。表3焊點疲勞損傷計算結(jié)果序號單元號壽命（秒損傷值失效部位15136111.27e71.97e5板125135107.08e8353e7板235117079.74e82.57e7板145127749.S0e82.55e7板2以上車身焊點疲勞壽命的計算結(jié)果可供試驗和設(shè)計人員參考，其更重耍的作用將是對改型前后的車型進行基丁疲勞性能的優(yōu)化對比分析，以盡早獲収改型車型的焊點壽命分布和優(yōu)化后焊點結(jié)構(gòu)的疲勞性能情況。而且這樣的優(yōu)化將是不同丁基丁靜強度的優(yōu)化方法，更加符合結(jié)構(gòu)所承受到的真實使用工況。6.3.5結(jié)論隨著汽車產(chǎn)品競爭日趨激烈，用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的耍求更