焊缝形式对拼焊板性能影响的研究

研究焊缝形式对拼焊板的性能和成形性的影响,利用ABAQUS有限元软件仿真和进行单向拉伸试验对激光拼焊板强度、综合延伸率进行分析、验证,对拼焊板基板板材、焊缝及其焊缝热影响区进行金相学和硬度研究,运用Dynaform有限元软件对其冲压成形极限进行仿真并进行冲压试验来验证焊缝对拼焊板成形性的影响.试验结果表明,对于同质同厚...     

差厚激光拼焊板的成形极限

为了进一步了解不同厚度钢板拼焊在一起后组成的板料(差厚激光拼焊板)在各种应变路径下的成形极限,通过试验检测了0.8,1.2,1.5 mm三种厚度的ST16板料在不同组合激光拼焊下组成的板料以及其各自母材的成形极限,并研究了不同加载情况下焊缝附近的应变分布.结果表明:差厚激光拼焊板焊缝附近的成形极限低于母材的成形极限,主要取决于较薄一侧母材的成形极限;厚度差越大焊缝两侧的应变梯度越大,成形性能越差.     

焊缝对同质等厚拼焊板成形能力的影响规律研究

焊缝对同质等厚拼焊板成形能力的影响远大于母材强度或厚度存在差异的拼焊板。运用数值模拟方法分别对直线焊缝和圆弧焊缝同质等厚拼焊板进行胀形试验,主要研究了焊缝K值、焊缝n值、焊缝位置以及圆弧焊缝半径对拼焊板成形能力的影响规律。并通过正交试验以及极差分析得到了焊缝各因素影响拼焊板成形能力的主次顺序。研究结果表明,焊缝应变硬化指数n值是影响拼焊板成形能力的关键因素,应从增大焊缝n值入手制定母材拼焊工艺。此外,对于同质等厚拼焊板,圆弧焊缝相对于直线焊缝具有更好的成形能力。因此,在相同的工艺条件下,用圆弧焊缝代替直线焊缝可以适当的提高拼焊板的成形能力。     

焊缝影响拼焊板成形性的母材匹配研究

运用数值模拟的方法并结合胀形试验分别研究了同质差厚拼焊板在不同板厚比以及异质等厚拼焊板在不同强度比情况下,焊缝参数对拼焊板成形能力的影响规律,确定了焊缝对拼焊板成形能力产生主要影响的板厚比及强度比范围。结果表明:焊缝对拼焊板成形能力的影响是具有一定母材匹配范围的。当板厚比或强度比小于1.3时,焊缝是影响拼焊板成形能力的主要因素,应从改善焊缝性能方面着手提高拼焊板成形能力;当板厚比或强度比达到或大于1.3时,母材差异程度是影响拼焊板成形能力的主要因素,应从合理搭配母材以及优化成形工艺方面着手设计拼焊板。     

直线焊缝差厚拼焊板的成形规律

基于直线焊缝差厚拼焊板半球胀形和经典力学理论,在低碳钢直线焊缝差厚拼焊板半球胀形试验的基础上,分析直线焊缝差厚拼焊板板厚比与板料成形能力之间的关系,提出直线焊缝差厚拼焊板板厚比与板料成形能力关系的力学模型.结合物理试验以及有限元仿真模型,分析焊缝移动量与板厚比的关系以及胀形高度与板厚比的关系,得到不同板厚比组合情况下的拼焊板成形性能结果,分析差厚拼焊板焊缝移动和成形能力下降的机理,归纳出差厚拼焊板板厚比与焊缝移动和成形高度之间的规律,可为生产实际提供理论指导.     

差厚高强度钢拼焊板成形性能研究

拼焊板是一种先进的制造工艺技术,就不等厚高强钢拼焊板的成形性能进行了研究.针对焊缝处于拉伸试件的不同方向进行了拉伸试验,并与母材的拉伸变形性能进行了比较,给出了不等厚高强钢拼焊板塑性拉伸变形性能的力学参数.进一步分析了不同焊缝方向对拼焊板塑性拉伸变形性能的影响.同时通过杯突试验对不等厚高强钢拼焊板的胀形性进行了测试,并与母材的胀形性能进行比较,试验表明,焊缝的位置对不等厚拼焊板的胀形性有一定的影响,最后讨论了焊缝在杯突试验中移动的规律及原因.     

压边力对圆弧焊缝拼焊板成形性能影响研究

成形性能下降是汽车轻量化过程中遇到的重要问题之一。针对固定圆弧半径R=180mm差厚拼焊板,利用Dynaform数值模拟仿真技术,对横向圆弧焊缝拼焊板在压边力情况下的成形性能进行了研究。分析了压边力在随位置变化情况下,圆弧焊缝拼焊板的成形能力。研究发现在圆弧焊缝拼焊板的冲压成形过程中,在薄侧加载大的压边力有利于拼焊板成形及抑制薄厚板的起皱现象。在拼焊板成形分析中,无论薄侧压边力固定还是厚侧压边力固定,圆弧焊缝拼焊板的焊缝移动都随着薄侧压边力的增大而得到控制,但进一步增大薄侧压边力,焊缝移动量反而增大。在压边力控制焊缝移动提高拼焊板成形方面,不是单纯的增大薄侧压边力就会提高拼焊板的成形质量,薄厚两侧的压边力必须适当才能有效控制焊缝的移动量,进而提高拼焊板的成形质量。在圆弧焊缝拼焊板成形过程中,由于圆弧焊缝的存在,拼焊板在薄厚两侧压边力为140/150k N的情况下成形性较好。拼焊板的成形质量不仅与薄厚两侧施加压边力的大小有关还与薄厚两侧的面积有关。     

拼裁焊缝在拉伸成形中的流动研究

对0.8mm与1.5mm两种厚度的母材使用CO2激光器进行了激光拼焊试验。运用AutoForm数值仿真软件建立了差厚激光拼焊盒形件有限元模型,通过有限元数值仿真模拟研究了差厚激光拼焊盒形件在冲压成形后的焊缝流动现象,并与实冲试验结果进行了比较。结果表明：有限元数值仿真模拟能够较为近似地反映差厚激光拼焊盒形件在冲压过程中的焊缝流动现象,数值模拟和试验研究均表明,差厚激光拼焊盒形件在冲压过程中会发生薄侧材料向厚侧材料的流动,从而给激光拼焊板冲压质量带来一定的影响。     

基于预偏移的激光拼焊板焊缝优化补偿方法

激光拼焊板成形时,由于两侧母材性能不同会产生焊缝移动现象,造成实际焊缝与设计焊缝位置不符。利用增量有限元解算工具,针对激光拼焊板的拉深成形过程,提出一种基于预偏移的激光拼焊板焊缝补偿方法。建立激光拼焊板成形有限元分析网格模型,通过对比成形前后设计焊缝和实际焊缝之间的差异,推导拼焊板焊缝偏差评价模型。以毛坯焊缝节点的位移预偏移量作为设计变量,以成形后的焊缝位置与设计焊缝位置的偏差最小作为优化目标,建立优化设计的数学模型。利用坯料网格的变形实现焊缝的预偏移,自定义外部优化程序实现预偏移策略。通过有限元迭代求解,补偿拼焊板成形过程中的焊缝移动,使成形后的焊缝位置与设计焊缝位置保持一致,对所提方法的有效性进行实例验证。     

差厚激光拼焊板门内板的成形性能研究

门内板是激光拼焊板在汽车车身上应用的典型零件之一。推导了单向拉伸下差厚拼焊板的应力、应变与厚度关系的公式;通过数值模拟和实冲试验,研究0.8mm×1.2mm和0.8mm×1.5mm两种不同厚度组合对拼焊板应力、应变、厚度和焊缝移动量等成形性能的影响。模拟和试验的结果与推导的公式吻合:随着板厚比增大,薄侧板材承受的应力、应变变大,破裂的危险也相应增加,而厚侧板材的应力、应变随板厚比的增大而减小。     

普通钢与高强度钢激光拼焊板数值模拟比较研究

为了研究高强度钢激光拼焊板的成形性能,基于LS—DYNA软件,以典型的盒形件为研究对象,从材料流动、最大增厚率、最大减薄率和成形极限图等方面,比较了普通钢和高强度钢激光拼焊板在不同压边方式下的变形情况,得到了高强度钢激光拼焊板的成形性能。研究结果表明,该研究为高强度钢激光拼焊板的实际成形和工艺优化提供了理论依据和指导。     

汽车用激光拼焊技术及市场发展现状

激光拼焊技术目前在欧美汽车车身设计中被广泛采用，他可将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的钢板采用激光焊的方法，自由组合使之成为一个毛坯件。激光拼焊技术与高强钢、液压成形技术为超轻车体项目中重点推荐的3大技术，具有减重、提高安全性、节省材料等多项优势，为汽车用材技术发展的一大趋势。在详细阐述了激光拼焊板的特点及目前激光拼焊板生产供应及市场发展状况。     

Comparative study of laser welding in tailor blanks for the automotive industry

The increasing demand put on automotive industry to reduce car costs and fuel consumption has led to the design of innovative technological solutions. These new concepts aim at higher productivities, better quality, and improved performances of the final product. The use of tailor blanks in automotive industry is an example of a successful innovation which is nowadays used in many companies worldwide. The main objective of the present study is to assess laser welding of tailor blanks in steel, comparing the performance of the three types of high-power lasers, CO₂, Nd/YAG, and fiber laser, in terms of productivity, costs, and weld quality. Mechanical properties have also been targeted as these are essential for the formability of the welded blanks.     

Seam gap bridging of laser based processes for the welding of aluminium sheets for industrial applications

Laser welding has a large potential for the production of tailor welded blanks in the automotive industry, due to the low heat input and deep penetration. However, due to the small laser spot and melt pool, laser-based welding processes in general have a low tolerance for seam gaps. In this paper, five laser-based welding techniques are compared for their gap bridging capabilities: single-spot laser welding, twin-spot laser welding, single-spot laser welding with cold wire feeding, twin-spot laser welding with cold wire feeding and laser/GMA hybrid welding. Welding experiments were performed on 1.1- and 2.1-mm-thick AA5182 aluminium sheets. The resulting welds were evaluated using visual inspection, cross sectional analysis with optical microscopy, tensile tests and Erichsen Cupping tests. The results show that the use of a filler wire is indispensable to increase the gap tolerance. A proper alignment of this wire with the laser spot(s) is crucial. With the single spot laser welding with cold wire feeding, a gap up to 0.6 mm could be bridged as opposed to a maximum allowable gap width of 0.2 mm for single-spot laser welding without filler wire. For 2.1-mm-thick sheets, the laser/GMA hybrid welding process can bridge even gaps up to 1.0 mm. Most welds had a high tensile strength. However, during Erichsen Cupping tests, the deformation of the welds is significantly lower as compared to the base material.     

基于结构光视觉的激光拼焊焊缝质量检测方法研究

焊缝质量自动检测是实现焊接自动化的关键技术。文中在分析结构光视觉检测原理的基础上,建立了基于结构光视觉的激光拼焊焊缝质量检测系统并对检测系统的图像处理方法进行了研究。对原始图像进行了开窗处理和中值滤波,并使用迭代阈值法获得了结构光光纹。提出了一种简化的模板获得了光纹的边界点并使用几何中心法提取了光纹中心线。使用平均斜率法识别出光纹中心线的特征点。分析了激光拼焊焊缝截面轮廓的特点并建立了截面轮廓几何参数计算方法。实验结果表明该检测系统可以完成焊缝截面轮廓相关参数的计算。     

One-step FEM-based evaluation of weld line movement and development of blank in sheet metal stamping with tailor-welded blanks

Currently, more and more tailor-welded blanks (TWBs) are used in the automobile industry. It is very important to locate the weld line and predict its movement during the forming process. The initial weld line can be predicted by one-step finite-element analysis according to the desired weld line in the final workpiece. Meanwhile, weld line movement during the deformation process can be evaluated in advance. In this paper, the procedures of finite-element analysis of one-step FEM with TWBs are established. The contact between tool and blank and the effect of restraining forces under the blankholder due to drawbead and blankholder pressure are considered as well. Forming limit diagram (FLD) is used to show not only the tendency of reduction in thickness and fracture but also of increase in thickness and wrinkle. Hydraulic controlled pads used to clamp the weld line during the deep drawing process are simplified as static external force to eliminate the movement of the weld line. In order to speed up and ensure the convergence of Newton-Raphson iterations, energy-based 3D mesh mapping algorithm is introduced to obtain the initial solution. The above-mentioned methods have been implemented in the authors’ in-house one-step FEM code InverStamp. A rectangular cup drawing case demonstrates that this approach can be easily implemented to evaluate weld line movement and develop initial blank in sheet metal stamping with tailor-welded blanks.     

拼焊板弯曲回弹的理论与试验研究

在平断面假设、纯弯曲假设、拼焊板不考虑焊缝等一系列较为合理的假设条件下,推导了拼焊板弯曲回弹解析模型。推导考虑材料有指数硬化特性和中性层的移动及应力应变中性层的不重合性等问题,但没有考虑包辛格效应的影响和中性层的转动问题。针对这个弯曲回弹公式,编程计算差厚(1.6 mm/0.8 mm)拼焊板的回弹值,并采用75°V形自由弯曲试验进行了验证;对拼焊板的弯曲回弹进行了理论分析,提出了拼焊板相对弯曲半径的概念。     

激光拼焊板成形过程数值模拟技术现状及趋势

由于焊缝性能与母材存在较大的差异以及焊缝自身形状的特点,激光拼焊板在成形过程中的数值模拟分析可以采用不同的建模方法。介绍了国内外对激光拼焊板数值模拟采用的不同建模方法,比较了不同焊缝模型对计算结果的影响,并利用ABAQUS／Explicit动力显示积分模块分别采用忽略焊缝以及考虑焊缝采用壳单元时的建模方法对U形件的弯曲成形过程进行了数值仿真,结果显示焊缝模型对模拟结果影响较大,采用忽略焊缝的建模方法得到的焊缝移动量较小。     

基于快速有限元分析的冲压件毛料展开

研究了一步法有限元分析技术,开发了冲压件毛料展开软件系统。建立三维冲压件网格和二维毛料网格之间发生塑性变形的平衡方程,求得毛料网格的修正值,得到的收敛值为冲压件的三维模型展开得到的平面形状。在刚度矩阵中引入阻尼矩阵改善矩阵的病态性,采用Newton下降法扩大算法的收敛范围,提高了非线性方程组的收敛性和算法的网格处理能力。实例表明该方法能较快较准确地求得冲压件的最优毛坯形状,在板料冲压成形领域具有良好的实用性。