QTJICS.03.5502011車身焊點(diǎn)布置及焊點(diǎn)力計(jì)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(diǎn)布置及焊點(diǎn)力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)2011-11-01實(shí)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(diǎn)布置及焊點(diǎn)力計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)說明總并對焊點(diǎn)布宣及焊點(diǎn)力計(jì)算進(jìn)彳j:分析和驗(yàn)證,確認(rèn)是否符合設(shè)計(jì)耍求，對不符合耍求的根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)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(fù)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(diǎn)布置及焊點(diǎn)力計(jì)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(jì)、制造部門可以參照此標(biāo)準(zhǔn)，制定出各個(gè)車型的具體點(diǎn)焊操作規(guī)范，以及制造的控制重點(diǎn)等本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了點(diǎn)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(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。但由于焊接的特性，大量的試驗(yàn)也表明：與母材相比，焊接連接會大大地降低了整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗疲勞破壞的性能，這樣使得通過點(diǎn)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(jìn)行點(diǎn)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(jì)的初期對焊點(diǎn)的疲勞壽命通過計(jì)算來進(jìn)行壽命預(yù)測，了解整個(gè)結(jié)構(gòu)上焊點(diǎn)

3、的分布情況，這樣就可以指導(dǎo)實(shí)際工藝中對焊點(diǎn)的個(gè)數(shù)、分布方式進(jìn)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(jì)算和分析是具有匸程實(shí)際意義的。同時(shí)，隨著近年來計(jì)算機(jī)軟硬件的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(cuò)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(jì)算工作量非常大，且計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性由于沒有真實(shí)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(yùn)用的六分力輪測試技術(shù)實(shí)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(diǎn)上的載荷譜，同時(shí)對車身焊點(diǎn)傳遞的力/力矩進(jìn)行有限元分析。綜合上述結(jié)果，調(diào)用焊點(diǎn)疲勞損傷模型對車身焊點(diǎn)的疲勞壽命進(jìn)行了計(jì)算，從而建立起一套較為可行的更符合真實(shí)匚況的焊點(diǎn)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(dá)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(diǎn)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(diǎn)”）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(dá)到金屬結(jié)合的一種方法。3.3關(guān)鍵焊點(diǎn)指在車身中起著對各個(gè)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(gè)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(yán)重的焊點(diǎn)。3.4一般焊點(diǎn)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(diǎn)。Q/TJICS.03.550-2011 3.5焊點(diǎn)點(diǎn)距指兩個(gè)和鄰焊點(diǎn)熔核的中心距離。4設(shè)計(jì)輸入輸出4.1設(shè)計(jì)輸入條件5設(shè)計(jì)工作內(nèi)容焊點(diǎn)布置說明焊點(diǎn)力計(jì)算分析6設(shè)計(jì)規(guī)則及標(biāo)準(zhǔn)要求6.1焊點(diǎn)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(shí)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(jì)時(shí)，應(yīng)該貫徹“對稱地布置焊縫、焊點(diǎn)，并避免匯交、聚集、垂迭，次耍的焊縫、焊點(diǎn)可中斷，主耍的焊縫、焊點(diǎn)應(yīng)連接。6.1.3.1點(diǎn)焊接頭形式及焊接空間在零件設(shè)計(jì)時(shí)，點(diǎn)焊接頭應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成敞開式，同時(shí)還?？紤]周邊空間，以保證焊鉗能夠接近。亙1X1X（附圖1點(diǎn)焊接頭形式）敞開武半敞開式封閉式圖1點(diǎn)焊接頭形式6.1.

7、3.2焊接邊寬度兩個(gè)（或三個(gè)）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(gè)焊點(diǎn)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?。┍?電阻點(diǎn)焊的焊點(diǎn)尺寸板厚（最薄板）tmm焊點(diǎn)直徑dmm焊點(diǎn)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(diǎn)間距的合理性在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)焊接小尺寸零件時(shí)，可參考表5-2中的數(shù)據(jù)。在焊接大尺寸零件時(shí)，點(diǎn)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(diǎn)的距離還可以加大到70-80mm。板厚t、焊點(diǎn)直徑d、設(shè)計(jì)時(shí)可選収的最小焊點(diǎn)直徑dmin及焊點(diǎn)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(jì)點(diǎn)焊接頭時(shí)應(yīng)經(jīng)與客戶工藝人員商討。表2電阻點(diǎn)焊的焊點(diǎn)尺寸板厚（最薄板）t焊點(diǎn)直徑d最小焊點(diǎn)直徑二層板焊點(diǎn)間三層板焊點(diǎn)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(diǎn)焊零件的板材層數(shù)及料厚比點(diǎn)焊零件的板材的層數(shù)一般為2層，最多三層，點(diǎn)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(cuò)開焊點(diǎn)，以保證點(diǎn)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(jì)時(shí)，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(jì)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(hù)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(diǎn)焊表面不允許有凹坑，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮在固定點(diǎn)焊機(jī)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?yàn)檫@時(shí)采用大平而的電極,以而使點(diǎn)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(xiàng)內(nèi)容。（如大批量生產(chǎn)中采用大焊鉗來焊接某個(gè)件，而在小批最生產(chǎn)中，這焊鉗是不經(jīng)濟(jì)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(diǎn)力的計(jì)算6.3.1焊點(diǎn)疲勞計(jì)算簡單原理1.1結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算如圖2所示為一個(gè)典型的焊點(diǎn)連接件示意圖，陰影部分是焊核。通過有限元方法來計(jì)算結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí),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(diǎn)1、2分別為梁單元在兩層殼單元上的端點(diǎn)，點(diǎn)3為焊核中心線與兩板連接面的交點(diǎn)。梁單元傳遞的力和力矩被用來計(jì)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(diǎn)的疲勞壽命。圖2典型點(diǎn)焊連接件從計(jì)算所得的數(shù)據(jù)結(jié)果文件中分別提取點(diǎn)1、2、3的力Fx.Fy、Fz和彎矩Mx.My.Mz,依此來計(jì)算板1和板2內(nèi)表面以及焊核在與兩板交接點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力（沿焊核圓周方向每10。取一個(gè)點(diǎn)來計(jì)算）。點(diǎn)1和點(diǎn)2上的力和彎矩是焊核作用到板上的，而點(diǎn)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(jì)算如下：對于點(diǎn)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(jì)算公式計(jì)入了通過大量試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)因子，式中1116斤33勿23加當(dāng)Fz30時(shí)：o(FZ3)=0；當(dāng)(FzsSO)時(shí),32見3我）心1于）SiO當(dāng)（Fzl0）時(shí)，o（Fzl）=0：當(dāng)（Fzl存命c(diǎn)ycles&Sm-Rel圖3焊核和母材的S-N曲線1.3焊點(diǎn)損傷計(jì)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(jì)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(gè)計(jì)算點(diǎn)的有效應(yīng)力歷程進(jìn)行計(jì)算，然后用雨流循環(huán)計(jì)數(shù)，再根據(jù)Miner損傷累積法則（式5）即可進(jìn)彳j疲勞損傷的計(jì)算5。這樣可得到所有焊點(diǎn)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(diǎn)建模及工程應(yīng)力計(jì)算車身上的焊點(diǎn)有上萬個(gè)，如圖4所示。在有限元前處理建模時(shí)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(diǎn)，這里采用ACM方式,如圖5所示。圖4車身上焊點(diǎn)實(shí)物圖圖5有限元模擬車身焊點(diǎn)模型對車身承載點(diǎn)處施加單位力/力矩，計(jì)算所有焊點(diǎn)中傳遞的力/力矩，然后通過上述方法來獲取焊點(diǎn)中傳遞的工程應(yīng)力，作為疲勞損傷計(jì)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(diǎn)的疲勞壽命分析需耍提供作用在車身各連接點(diǎn)處的載荷譜，這里采用半

15、實(shí)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(shí)測獲得的四個(gè)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(yùn)行一定時(shí)間長度，即可提取出車身與底盤各連接點(diǎn)上相應(yīng)的力和力矩的時(shí)間歷程。如圖7所示，給出右前縱梁與底盤聯(lián)接點(diǎn)處的三向力/力矩時(shí)間歷程，此即疲勞計(jì)算時(shí)所需的載荷譜。需耍說明的是，由丁整車多體動力學(xué)計(jì)算的限制，很難一次完Q/TJICS.03.550-2011成實(shí)測的1720秒時(shí)間長度的計(jì)算，同時(shí)出于考察各特征路面對車身焊點(diǎn)疲勞的影響程度大小的目的，將實(shí)測載荷譜按各特征路而情況進(jìn)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(diǎn)力/力矩時(shí)間歷程6.3.4車身焊點(diǎn)疲勞分析結(jié)果至此，車身焊點(diǎn)疲勞壽命計(jì)算所需的結(jié)構(gòu)單位載荷下應(yīng)力場、承載;點(diǎn)的載荷譜、焊點(diǎn)材料的疲勞性能曲線這三個(gè)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(diǎn)進(jìn)彳了疲勞計(jì)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(diǎn)圖形結(jié)果?？梢娫摴r下的疲勞危險(xiǎn)區(qū)域?qū)⒅魉＜性谒膫€(gè)減振器支座處，提示需耍對該部位在設(shè)計(jì)時(shí)的z構(gòu)形式和焊點(diǎn)分布引起重視，以避免其早期失效。圖8車身焊點(diǎn)疲勞壽命分布除了耍關(guān)注車身焊點(diǎn)分布中相對危險(xiǎn)的區(qū)

17、域，上述計(jì)算還可輸出前四個(gè)危險(xiǎn)焊點(diǎn)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(diǎn)疲勞損傷計(jì)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(diǎn)疲勞壽命的計(jì)算結(jié)果可供試驗(yàn)和設(shè)計(jì)人員參考，其更重耍的作用將是對改型前后的車型進(jìn)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(diǎn)壽命分布和優(yōu)化后焊點(diǎn)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(qiáng)度的優(yōu)化方法，更加符合結(jié)構(gòu)所承受到的真實(shí)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