專利名稱：激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬板成形性能的評(píng)價(jià)方法，具體涉及激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
脹形試驗(yàn)(杯突試驗(yàn))是評(píng)價(jià)金屬薄板成形性能的試驗(yàn)方法。單一板金屬杯突試 驗(yàn)方法(GB4156-84)，試驗(yàn)時(shí)用端部為球形的凸模(沖頭)，將夾緊的試樣壓入壓模內(nèi)，直至 出現(xiàn)穿透裂縫為止，所測(cè)量的杯突深度即為試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)應(yīng)在裝備有凹模、壓邊圈和凸模 的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其簡(jiǎn)圖如圖1所示。其中，D是模具整體尺寸，d是凸模球徑，t是板料的厚度。 激光拼焊板是將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度的金屬板材用激光焊接的方式拼成一塊 整體板，以滿足零部件不同部位對(duì)材料不同性能的要求?，F(xiàn)有激光拼焊板的評(píng)價(jià)方法是參 照單一板金屬杯突試驗(yàn)方法，選用d為20mm，焊縫位于中央，采用分瓣壓邊圈(薄側(cè)板的壓 邊圈厚度大于厚側(cè))，凸模頂點(diǎn)與焊縫中心對(duì)齊。測(cè)出成形的極限高度h，并根據(jù)薄側(cè)板的 材料預(yù)先確定一個(gè)高度H。當(dāng)h > H，認(rèn)為激光拼焊板合格；反之，激光拼焊板不合格。
然而，現(xiàn)有方法存在以下缺陷
1、預(yù)定的激光拼焊板極限成形高度H不合理 激光拼焊板不同的板厚比(拼焊在一起的兩塊板的板厚的比值)對(duì)極限成形高度 影響較大。采用同材差厚激光拼焊板，材料為DC56，薄板厚度固定為0. 9mm，厚板厚度分別 為0. 9mm、1. 2mm、1. 4mm、1. 6mm和1. 8mm。通過有限元分析，可以獲得激光拼焊板不同板厚 比對(duì)極限成形高度的影響，如圖2所示。從圖2可知，隨著板厚比的增大，其極限脹形高度 顯著減小，所以采用相同的H來評(píng)價(jià)不同板厚比激光拼焊板極限成形高度是不合理的。目 前，在企業(yè)使用的激光拼焊板質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，同一類激光拼焊板的H是一個(gè)定值，不能反 映出不同板厚比對(duì)激光拼焊板極限成形高度的影響，也不能反映激光拼焊板對(duì)弱側(cè)板極限 脹形高度的減小量。 2、脹形試驗(yàn)的球徑d = 20mm不合理 焊縫硬化及其熱影響區(qū)對(duì)激光拼焊板的極限脹形高度影響巨大。在試驗(yàn)測(cè)定中應(yīng) 消除焊縫寬度對(duì)激光拼焊板成形性能的影響。焊縫寬度對(duì)小尺寸脹形實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響明顯， 對(duì)大尺寸脹形試驗(yàn)影響較小。為比較不同凸模球徑d的極限脹形高度，采用極限脹形高度 與球徑之比i作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過有限元分析，獲得i與d的關(guān)系，如圖3所示。從圖3可 知，i隨著d增大而非線性地減小，但當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值后，其值保持恒定。也就是說，d存在一 個(gè)臨界值，當(dāng)超過這一臨界值后，d對(duì)i幾乎沒有影響；而當(dāng)d在較小的范圍內(nèi)，尤其是20mm 時(shí)，d對(duì)i的影響非常顯著。因此，以d = 20mm的凸模球徑進(jìn)行杯突試驗(yàn)獲得的脹形高度 不能反映大尺寸激光拼焊板的實(shí)際成形能力。 所以，目前采用的杯突試驗(yàn)方法不能真實(shí)地評(píng)價(jià)激光拼焊板的成形性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種更加合理的激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種激光拼焊板成形性能的 評(píng)價(jià)方法，以成形性能合格的激光拼焊板作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，進(jìn)行脹形試驗(yàn)，建立極限脹形高度 的標(biāo)準(zhǔn)值，作為評(píng)價(jià)待檢驗(yàn)激光拼焊板成形性能的依據(jù)，包括以下步驟 A.針對(duì)一種材料匹配的激光拼焊板，選用不同球徑的凸模進(jìn)行脹形試驗(yàn)，建立 d-i關(guān)系曲線，其中d為凸模球徑，i為極限脹形高度與凸模球徑的比值，從而確定對(duì)i值影 響不顯著的最小臨界值C; B.選擇球徑為d。的凸模，其中d。 > C，以該材料匹配的激光拼焊板進(jìn)行脹形試驗(yàn)， 先使凸模中心與焊縫中心對(duì)齊，獲得其極限脹形高度h ;然后再用該凸模單獨(dú)對(duì)激光拼焊 板的弱側(cè)板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，獲得弱側(cè)板的極限脹形高度h'，計(jì)算出激光拼焊板的極限脹形 高度h與其弱側(cè)板的極限脹形高度h'之比R = h/h'; C.改變?cè)摷す馄春赴宓陌搴癖菶，重復(fù)步驟B，建立R-E關(guān)系曲線，以該R-E關(guān)系曲 線中的R值作為標(biāo)準(zhǔn)值，評(píng)價(jià)相應(yīng)板厚比的激光拼焊板的成形性能。 優(yōu)選地，在步驟A之前先在計(jì)算機(jī)上建立有限元模型，然后通過有限元分析法完 成步驟A-C。 進(jìn)一步地，所述有限元模型經(jīng)過實(shí)際脹形試驗(yàn)的驗(yàn)證。 優(yōu)選地，在評(píng)價(jià)待檢驗(yàn)激光拼焊板的成形性能時(shí)，先按步驟B所述的試驗(yàn)方法，采 用球徑為d。的凸模，對(duì)待檢驗(yàn)激光拼焊板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，計(jì)算出待檢驗(yàn)激光拼焊板的極限 脹形高度比Rp然后根據(jù)該待檢驗(yàn)激光拼焊板的板厚比，從步驟C中所建立的R-E關(guān)系曲線 中查詢出所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值R。，如果Ri > R。，則待檢驗(yàn)激光拼焊板的成形性能合格；否則不合 格。 本發(fā)明評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)如下 1、考慮了激光拼焊板板厚比對(duì)極限脹形高度的影B向，并能反映出激光拼焊板對(duì)弱 側(cè)板極限脹形高度下降程度。 2、消除了凸模尺寸對(duì)激光拼焊板極限脹形高度的影B向，由于采用了大于臨界值的
凸模直徑，使凸模球徑尺寸對(duì)激光拼焊板極限脹形高度的影響降到最低。 因此，本發(fā)明激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法能夠更加真實(shí)、客觀地反映激光拼
焊板的成形性能。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1是脹形試驗(yàn)的示意圖。 圖2是一種激光拼焊板的板厚比與極限成形高度的關(guān)系曲線圖。 圖3是一種激光拼焊板的d-i曲線圖。 圖4是本發(fā)明中建立的一種有限元模型的示意圖。 圖5是本發(fā)明中建立的激光拼焊板有限元模型示意圖。 圖6是DC56同材異厚激光拼焊板在不同板厚比下的chi曲線圖。板在不同板厚比下的d_i曲線圖。
圖8是本發(fā)明建立的一種R-E關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是通過建立有限元模型，并用物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性，然后采用正確
的模型進(jìn)行激光拼焊板脹形試驗(yàn)分析，并獲取需要的數(shù)據(jù)，作為評(píng)價(jià)待檢驗(yàn)激光拼焊板成
形性能的依據(jù)。 1、有限元模型建立 為掌握脹形實(shí)驗(yàn)中球徑尺寸對(duì)成形結(jié)果的影響，選擇不同凸模球徑尺寸的脹形實(shí) 驗(yàn)進(jìn)行分析。有限元模擬采用商用顯式有限元軟件Dynaform。采用較大的壓邊力和拉延筋 來確保壓邊部分材料不流入凹模。成形工具(凹模、凸模、壓邊圈)均采用剛性殼單元，并 完全固定凹模。激光拼焊板的焊縫位于正中位置。為考慮到所用板料各項(xiàng)異性的影響，故 采用Belytschko殼單元，單元尺寸lmm。母板材料選用DC56和B340，其材料性能參數(shù)如表 1。 表1DC56和B340鋼板材料性能參數(shù)
材料牌號(hào)屈服強(qiáng)度o 。/MPa抗拉強(qiáng)度o b/MPan值K值/MPar值
DC561562970. 2365292. 30
B3403606001. 0911501. 09 建立的有限元模型如圖4所示，其中板料及焊縫建模如圖5所示。
2、有限元模型驗(yàn)證 為了驗(yàn)證所建立的有限元模型正確性，選取球徑為100mm，板厚比為0.9 : 1.6，材
料是DC56，制造脹形實(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺?shí)驗(yàn)后測(cè)得激光拼焊板的極限脹形高度為23.4mm，有限元
模擬的極限脹形高度為24. lmm，實(shí)驗(yàn)值與模擬值的誤差僅為3%左右。實(shí)測(cè)最大焊縫移動(dòng)
量為4. 65mm，有限元仿真得到的最大焊縫移動(dòng)量為4. 75mm，其相對(duì)誤差為2%左右。實(shí)驗(yàn)和
仿真的開裂位置均處于薄側(cè)母材脹形頂點(diǎn)處，且開裂方向與焊縫平行。 可見，該激光拼焊板脹形模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為吻合，證明所建立的有限元模
型合理，可用于分析不同尺寸對(duì)激光拼焊板成形性的研究。 3、脹形試驗(yàn)的沖頭直徑(凸模球徑)確定 拼焊板分別選用母材強(qiáng)度較低的DC56激光拼焊板和母材強(qiáng)度較高的B340激光拼 焊板，通過有限元分析其在不同板厚比的情況下i值(極限脹形高度與凸模球徑的比值) 與脹形試驗(yàn)沖頭直徑d的關(guān)系，如圖6、圖7所示，薄板板厚均為0. 9mm，當(dāng)厚板厚度為0. 9mm 和1.2mm時(shí)，激光拼焊板失效表現(xiàn)為焊縫開裂，但是板厚比大(1.2 : 0. 9)的i值均高于板 厚比為1(0.9 : 0.9)的激光拼焊板；當(dāng)厚板板厚大于1.2mm后，激光拼焊板失效表現(xiàn)為焊 縫附近的薄側(cè)板開裂，板厚比越大，其i值越小。圖6反映了母材強(qiáng)度較低的DC56激光拼 焊板脹形試驗(yàn)凸模球徑d與i的關(guān)系，從結(jié)果分析可知，DC56激光拼焊板脹形試驗(yàn)凸模球徑 有一最小臨界值C，大于該臨界值后，凸模球徑對(duì)i的影響可以忽略不計(jì)，對(duì)DC56激光拼焊板而言，該臨界值C約為100mm ;圖7反映了強(qiáng)度較高的B340激光拼焊板脹形試驗(yàn)凸模球 徑與R的關(guān)系，從結(jié)果分析可知，B340激光拼焊板脹形試驗(yàn)凸模球徑的臨界值C約為60mm。 由此可見，不同材料和表面狀況有不同的凸模球徑臨界值；選擇母材強(qiáng)度較高和較低的兩 種常用激光拼焊板，可獲得常用的激光拼焊板脹形試驗(yàn)中的凸模球徑范圍是60mm-100mm。
4、建立R-E關(guān)系曲線 選擇凸模球徑為d。的凸模，其中d。 > C，如對(duì)DC56激光拼焊板而言，可以選用球 徑等于100mm的凸模，通過有限元模擬的方法對(duì)激光拼焊板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，先使凸模中心 與焊縫中心對(duì)齊，獲得其極限脹形高度h ;然后再用該凸模單獨(dú)對(duì)激光拼焊板的弱側(cè)板(強(qiáng) 度較弱一側(cè)的金屬板)進(jìn)行脹形試驗(yàn)，獲得弱側(cè)板的極限脹形高度h'，計(jì)算出激光拼焊板 的極限脹形高度h與其弱側(cè)板的極限脹形高度h'之比R = h/h';保持材料匹配不變，改變 激光拼焊板的板厚比E，重復(fù)步驟B，建立R-E關(guān)系曲線，如圖8所示。 該R-E關(guān)系曲線中的R值可以作為標(biāo)準(zhǔn)值，用來評(píng)價(jià)相應(yīng)板厚比的激光拼焊板的
成形性能。
5、應(yīng)用 在評(píng)價(jià)待檢驗(yàn)激光拼焊板的成形性能時(shí)，采用球徑同樣為d。的凸模，在試驗(yàn)機(jī)上
對(duì)待檢驗(yàn)激光拼焊板進(jìn)行物理脹形試驗(yàn)，計(jì)算出待檢驗(yàn)激光拼焊板的極限脹形高度比
然后根據(jù)該待檢驗(yàn)激光拼焊板的板厚比，從以上所建立的R-E關(guān)系曲線中查詢出所對(duì)應(yīng)的
標(biāo)準(zhǔn)值R。，如果& > R。，則待檢驗(yàn)激光拼焊板的成形性能合格；否則不合格。 上述實(shí)施例中選用同材差厚激光拼焊板作為對(duì)象，但本發(fā)明的方法同樣適用于對(duì)
由不同材質(zhì)的母材構(gòu)成的激光拼焊板的評(píng)價(jià)。
權(quán)利要求
一種激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法，以成形性能合格的激光拼焊板作為標(biāo)準(zhǔn)試樣，進(jìn)行脹形試驗(yàn)，建立標(biāo)準(zhǔn)值，作為評(píng)價(jià)待檢驗(yàn)激光拼焊板成形性能的依據(jù)，其特征是，包括以下步驟A.針對(duì)一種材料匹配的激光拼焊板，選用不同球徑的凸模進(jìn)行脹形試驗(yàn)，建立d-i關(guān)系曲線，其中d為凸模球徑，i為極限脹形高度與凸模球徑的比值，從而確定對(duì)i值影響不顯著的最小臨界值C；B.選擇球徑為d0的凸模，其中d0≥C，以該激光拼焊板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，先使凸模中心與焊縫中心對(duì)齊，獲得其極限脹形高度h；然后再用該凸模單獨(dú)對(duì)激光拼焊板的弱側(cè)板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，獲得弱側(cè)板的極限脹形高度h’，計(jì)算出激光拼焊板的極限脹形高度h與其弱側(cè)板的極限脹形高度h’之比R＝h/h’；C.改變?cè)摷す馄春赴宓陌搴癖菶，重復(fù)步驟B，建立R-E關(guān)系曲線，以該R-E關(guān)系曲線中的R值作為標(biāo)準(zhǔn)值，評(píng)價(jià)相應(yīng)板厚比的激光拼焊板的成形性能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法，其特征是，在步驟A之前先 在計(jì)算機(jī)上建立有限元模型，然后通過有限元分析法完成步驟A-C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法，其特征是，所述有限元模 型經(jīng)過實(shí)際脹形試驗(yàn)的驗(yàn)證。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法，其特征是，在評(píng)價(jià)待檢驗(yàn) 激光拼焊板的成形性能時(shí)，先按步驟B所述的試驗(yàn)方法，采用球徑為d。的凸模，對(duì)待檢驗(yàn)激 光拼焊板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，計(jì)算出待檢驗(yàn)激光拼焊板的極限脹形高度比Rp然后根據(jù)該待檢 驗(yàn)激光拼焊板的板厚比，從步驟C中所建立的R-E關(guān)系曲線中查詢出所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值R。，如 果& > R。，則待檢驗(yàn)激光拼焊板的成形性能合格；否則不合格。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光拼焊板成形性能的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟A、針對(duì)一種材料匹配的激光拼焊板，選用不同球徑的凸模進(jìn)行脹形試驗(yàn)，建立d-i關(guān)系曲線，d為凸模球徑，i為極限脹形高度與凸模球徑的比值，確定對(duì)i值影響不顯著的最小臨界值C；B、選擇球徑d0≥C的凸模，以該激光拼焊板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，先使凸模中心與焊縫中心對(duì)齊，獲得其極限脹形高度h；然后再用該凸模單獨(dú)對(duì)激光拼焊板的弱側(cè)板進(jìn)行脹形試驗(yàn)，獲得弱側(cè)板的極限脹形高度h’，計(jì)算出比值R＝h/h’；C、改變?cè)摬牧掀ヅ浼す馄春赴宓陌搴癖菶，重復(fù)步驟B，建立R-E關(guān)系曲線，以該R-E關(guān)系曲線中的R值作為標(biāo)準(zhǔn)值，評(píng)價(jià)相應(yīng)板厚比的激光拼焊板的成形性能。
文檔編號(hào)B23K31/02GK101733566SQ200910199979
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者孫成智, 戴軼, 林建平, 胡巧聲, 邢丹英, 陳水生, 鮑文華 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)