QTJICS.03.5502011车身焊点布置及焊点力计算标准

1、Q/TJI上海同捷科技股份有限公司企业标准Q/TJICS.03.550-2011车身焊点布置及焊点力计算标准2011-11-01实2011-11-01发布上海同捷科技股份有限公司发布Q/TJICS.03.550-2011-XX.1刖百本标准对车身焊点布置及焊点力计算进行详细说明总并对焊点布宣及焊点力计算进彳j:分析和验证,确认是否符合设计耍求，对不符合耍求的根据仿真结果进行优化。特制定此校核标准。本标准由上海同捷科技股份有限公司第六研发中心提出。本标准由上海同捷科技股份有限公司技术标准分院归口。本标准由上海同捷科技股份有限公司第六研发中心负责起草。本标准主耍起草人：刘海龙、于立剑。Q/TJIC

2、S.03.550-2011车身焊点布置及焊点力计算标准1范围本标准适用丁现有车型和正在开发的新车型；设计、制造部门可以参照此标准，制定出各个车型的具体点焊操作规范，以及制造的控制重点等本标准规定了点焊作为一种高效的连接方式广泛的应用丁汽车零部件和整车的制造过程中，在很大程度上促进了现代工业的发展。但由于焊接的特性，大量的试验也表明：与母材相比，焊接连接会大大地降低了整个结构的抗疲劳破坏的性能，这样使得通过点焊连接的结构在服役期间常常在焊接处发生失效破坏，造成事故。而且进行点焊连接的设备和工艺复杂，加工成本很高。所以如果我们能在设计的初期对焊点的疲劳寿命通过计算來进行寿命预测，了解整个结构上焊点

3、的分布情况，这样就可以指导实际工艺中对焊点的个数、分布方式进行合理的调整，以提高产站的疲劳性能，并能降低制造成本，这样的计算和分析是具有匸程实际意义的。同时，随着近年來计算机软硬件的迅速发展，计算机辅助工程（CAE）分析技术在静态、碰撞、振动噪音等领域均有了相当不错的应用成果，但疲劳耐久性分析需耍综合有限元分析和动力学戯荷分析等专业技术，计算工作量非常大，且计算结果的准确性由于没有真实的道路载荷谱（RLD）作为输入而缺乏说服力。本文针对上述问题，基丁在国内汽车企业已经开始成熟运用的六分力轮测试技术实测获得的某乘用车在试车场的道路载荷谱数据，以此作为输入，驱动建立好的整车多刚体动力学仿真模型，获

4、取作用在白车身各连接点上的载荷谱，同时对车身焊点传递的力/力矩进行有限元分析。综合上述结果，调用焊点疲劳损伤模型对车身焊点的疲劳寿命进行了计算，从而建立起一套较为可行的更符合真实匚况的焊点疲劳寿命分析技术流程。2规范性引用文件无。3术语及定义3.1焊接焊接是通过加热或者加压，或者两者并用；用或不用填充材料：使两分离的金属表而达到原子间的结合，形成永久性连接的一种工艺方法。3.2点焊将被焊工件压紧丁两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件有限接触面（即所谓“点”）及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化而形成扁球形的熔核，达到金属结合的一种方法。3.3关键焊点指在车身中起着对各个关键件的承载、连接作

5、用，以及在整车动态或静态工况中承受着各个方向的拉应力、压应力、剪切应力，从而对整车安全、性能、可靠性影响非常严重的焊点。3.4一般焊点在车身中起着结构连接、尺寸固定的作用，对安全、性能影响相对较小的焊点。Q/TJICS.03.550-2011 3.5焊点点距指两个和邻焊点熔核的中心距离。4设计输入输出4.1设计输入条件5设计工作内容焊点布置说明焊点力计算分析6设计规则及标准要求6.1焊点布置说明6.1.1焊接结构工艺性焊接结构工艺性是指饭金结构件在焊接夹具上组合拼装后，实施焊接的难易程度。零件良好的焊接结构应能满足材料较省.工序较少.夹具加工较易、寿命较高、操作较方便及产品质量稳定等耍求。6.

6、1.2部件分块车身覆盖件的分块，应该在冲压工艺允许的前提下，零件越少越好，这样可以减少焊接面和装配课差。车身上所有的孔洞，如门框和前后风窗框都是非常垂要的装焊部位，耍求这些门框洞尽量采取整体结构，若孔洞部分采用双层结构，则至少一层为藥体结构，以减少装焊课差。6.1.3结构的工艺性在焊接结构设计时，应该贯彻“对称地布置焊缝、焊点，并避免汇交、聚集、垂迭，次耍的焊缝、焊点可中断，主耍的焊缝、焊点应连接。6.1.3.1点焊接头形式及焊接空间在零件设计时，点焊接头应尽可能设计成敞开式，同时还耍考虑周边空间，以保证焊钳能够接近。亘1X1X（附图1点焊接头形式）敞开武半敞开式封闭式图1点焊接头形式6.1.

7、3.2焊接边宽度两个（或三个）相焊接寒件的焊接边重叠部分的直边宽度，一般应不小T-13mm,且相焊接零件的焊接边耍平齐。因冲压或装配等工艺耍求，允许1-2个焊点焊接处焊接边的宽度为10-13mmo具体参照表1（若板材为不同厚度组合，按较薄的板选取）表1电阻点焊的焊点尺寸板厚（最薄板）tmm焊点直径dmm焊点到边缘最小距离fHIT焊接边最小宽度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覆盖件焊接面要求平整，不允许存在皴折、回弹等质量问题。6.1.3.4覆盖

8、件的焊接面要求尽量布置在平直面上，非焊接而要留足够的空间，以免零件间相互干涉。6.1.3.5焊点间距的合理性在实际生产中，当焊接小尺寸零件时，可参考表5-2中的数据。在焊接大尺寸零件时，点距可以适当加大，一般不小T40-50mm。在有些非受力的部位，贝U焊点的距离还可以加大到70-80mm。板厚t、焊点直径d、设计时可选収的最小焊点直径dmin及焊点间的最小距离e,详见表2。若板材为不同厚度组合，按较薄的板选取。特殊情况下必须超出表5-2规定设计点焊接头时应经与客户工艺人员商讨。表2电阻点焊的焊点尺寸板厚（最薄板）t焊点直径d最小焊点直径二层板焊点间三层板焊点间mmmmdmin最小距离e最小距

9、离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点焊零件的板材层数及料厚比点焊零件的板材的层数一般为2层，最多三层，点焊接头各层板材的料厚比应在1/33之间。如因结构耍求确需3层焊接，首先应检査料厚比，如果合理可以焊接，如果不合理，应考虑开工艺孔或工艺缺I,错开焊点，以保证点焊处料厚比在允许的范围内。6.1.3.7零件定位、夹紧是否方便可靠在零件的设计时，应考虑合适的焊接夹具定位孔和定位基准

10、面，以便设计制造低成本、高质量的焊接定位夹具。尽量利用凸包、切口來代替样板定位。这不但能方便操作和提高效率，而且有利丁产品质量的提高。6.1.3.8焊接加工工艺1）检査焊接空间是否合理。焊接间隙最大应在0.50.8mm。2）CO2气体保护焊，检查可见区域内焊接处是否开有塞焊工艺孔及凹坑，以保证焊接后有较好的外观质量。塞焊工艺孔尺寸一般取10左右。6.2其他装焊的工艺性6.2.1焊接工艺的选择对于某些有外观有求的车身外覆件，其点焊表面不允许有凹坑，在产品结构设计中，应考虑在固定点焊机上或采用单面焊枪來完成焊接,所耍求的表面应能与下电极相接触。因为这时采用大平而的电极,以而使点焊凹陷不明显。6.2

11、.2焊接辅具的选用在车身装焊工艺中，由于结构形式不同，需使用各种各样的焊接辅具（如焊钳），选用这些焊接辅具的品种，尽量利用标准的或适用的焊接辅具也是衡量车身结构匸艺性的一项内容。（如大批量生产中采用大焊钳來焊接某个件，而在小批最生产中，这焊钳是不经济的，应尽量采用适用的焊接辅具或其它方法。）6.2.3标准件的使用在车身上耍尽量采用相同的标准件（焊接螺母、螺钉）以利于减少装焊工艺的工种和管理匸作。6.3焊点力的计算6.3.1焊点疲劳计算简单原理1.1结构应力计算如图2所示为一个典型的焊点连接件示意图，阴影部分是焊核。通过有限元方法來计算结构应力时,模拟焊核的刚性梁单元长度为0.5（sl+s2）,

12、具中1和s2分别为板1和板2的厚度，点1、2分别为梁单元在两层壳单元上的端点，点3为焊核中心线与两板连接面的交点。梁单元传递的力和力矩被用來计算焊核和连接板周围的结构应力，依此通过S-N法预测焊点的疲劳寿命。图2典型点焊连接件从计算所得的数据结果文件中分别提取点1、2、3的力Fx.Fy、Fz和弯矩Mx.My.Mz,依此來计算板1和板2内表面以及焊核在与两板交接点处的结构应力（沿焊核圆周方向每10。取一个点來计算）。点1和点2上的力和弯矩是焊核作用到板上的，而点3上的力和力矩为上层板作用于下层板的。上述结构应力计算如下：对于点1，板内表面上的等效应力ns为焊核沿周向方位角q的函数，如式1所示：（

13、1）式中：Q/TJICS.03.550-2011(4) 上述应力计算公式计入了通过大量试验得到的经验因子，式中1116斤33勿23加当Fz30时：o(FZ3)=0；当(FzsSO)时,32见3我）心1于）SiO当（Fzl0）时，o（Fzl）=0：当（Fzl存命cycles&Sm-Rel图3焊核和母材的S-N曲线1.3焊点损伤计算在焊核和连接板处的结构应力都按照上述的公式计算出來后，结合焊核和母材的材料疲劳特性。通过准静态方法对每个计算点的有效应力历程进行计算，然后用雨流循环计数，再根据Miner损伤累积法则（式5）即可进彳j疲劳损伤的计算5。这样可得到所有焊点损伤和寿命的分布情1式中：Di每级

14、载荷下产生的损伤：Ni每级载荷的循环次数；Nif每级载;荷对应的疲劳极限次数。6.3.2车身焊点建模及工程应力计算车身上的焊点有上万个，如图4所示。在有限元前处理建模时可通过刚性梁单元、CWeld单元或ACM（AreaContactMethod面接触方法）等形式來模拟焊点，这里采用ACM方式,如图5所示。图4车身上焊点实物图图5有限元模拟车身焊点模型对车身承载点处施加单位力/力矩，计算所有焊点中传递的力/力矩，然后通过上述方法來获取焊点中传递的工程应力，作为疲劳损伤计算的参数。6.3.3整车多体动力学分析和载荷谱提取显然，对车身焊点的疲劳寿命分析需耍提供作用在车身各连接点处的载荷谱，这里采用半

15、实物方法,在多体动力学软件MSC.ADMAS平台上对该整车建立多体动力学模型，如图6所示。以上述实测获得的四个车轮的六分力作为输入，驱动建立好的整车多体动力学模型运行一定时间长度，即可提取出车身与底盘各连接点上相应的力和力矩的时间历程。如图7所示，给出右前纵梁与底盘联接点处的三向力/力矩时间历程，此即疲劳计算时所需的载荷谱。需耍说明的是，由丁整车多体动力学计算的限制，很难一次完Q/TJICS.03.550-2011成实测的1720秒时间长度的计算，同时出于考察各特征路面对车身焊点疲劳的影响程度大小的目的，将实测载荷谱按各特征路而情况进行了分割，这里给出的是车辆行驶丁石块路面上所受到的载荷谱，共

16、40秒长度。yr1CS.图6建立的整车多体动力学模型图7车身右前纵梁与底盘联接点力/力矩时间历程6.3.4车身焊点疲劳分析结果至此，车身焊点疲劳寿命计算所需的结构单位载荷下应力场、承载;点的载荷谱、焊点材料的疲劳性能曲线这三个输入条件都已具备，在专业疲劳分析软件nCodeDesignLife平台上即可对该车身焊点进彳了疲劳计算，给出寿命分布结果如图8所示，这里通过后处理只给出寿命小丁设定门槛值的焊点图形结果。可见该工况下的疲劳危险区域将主耍集中在四个减振器支座处，提示需耍对该部位在设计时的z构形式和焊点分布引起重视，以避免其早期失效。图8车身焊点疲劳寿命分布除了耍关注车身焊点分布中相对危险的区

17、域，上述计算还可输出前四个危险焊点的寿命值及其可能发生失效的部位，如表3所示。表3焊点疲劳损伤计算结果序号单元号寿命（秒损伤值失效部位15136111.27e71.97e5板125135107.08e8353e7板235117079.74e82.57e7板145127749.S0e82.55e7板2以上车身焊点疲劳寿命的计算结果可供试验和设计人员参考，其更重耍的作用将是对改型前后的车型进行基丁疲劳性能的优化对比分析，以尽早获収改型车型的焊点寿命分布和优化后焊点结构的疲劳性能情况。而且这样的优化将是不同丁基丁静强度的优化方法，更加符合结构所承受到的真实使用工况。6.3.5结论随着汽车产品竞争日趋激烈，用户对产品质量的耍求更