[发明专利]一种面向精确变形控制的汽车空心稳定杆多层多道焊工艺

说明书

本发明公开了一种面向精确变形控制的汽车空心稳定杆多层多道焊工艺，其包括以下步骤：1)建立与汽车空心稳定杆相吻合的三维几何模型；2)对三维几何模型进行网格划分；3)建立汽车空心稳定杆多层多道焊接过程中的温度场及应力应变场的耦合模型；4)完成汽车空心稳定杆热‑力材料参数及多层多道焊接热源和焊接路径的设定，并根据实际焊接情况加载初始条件和边界条件，使用数值模拟方法求解计算上述的热‑力耦合模型，并对所得结果进行分析判断。本发明的汽车空心稳定杆多层多道焊工艺，通过构建三维耦合模型，应用有限单元法建模与仿真研究，对焊接工艺进行优化，从而减少了工艺探索工作量，获得控制焊接残余应力与焊接变形的最优工艺。

技术领域

本发明属于焊接仿真领域，特别涉及一种面向精确变形控制的汽车空心稳定杆多层多道焊工艺。

背景技术

随着全球经济的蓬勃发展，人民生活水平逐渐提高，汽车作为典型代步工具日益普及，汽车行业在迅猛发展的同时也在积极研究汽车的安全性及乘坐的舒适性，而汽车稳定杆的主要作用是能够在汽车转弯时减少侧倾的发生。根据稳定杆在实际工作中的受力特点，可将其设计为空心稳定杆，获得30％～45％的减重效果，因此空心稳定杆成为目前稳定杆领域的研究热点。

汽车空心稳定杆通常由轴套、片簧和扭杆三部分焊接而成，具体为三种不同成分的弹簧钢。由于异种钢线膨胀系数存在差异，且焊缝区域受热不均匀和焊缝周围金属的约束，空心稳定杆在焊接过程中存在难以消除的应力与变形。因此焊接变形预测对焊接结构的生产与应用具有重要意义。然而传统的焊接变形预测依赖于实验和统计基础上的经验曲线或经验公式，这就导致在焊接变形预测过程中产生诸多干扰因素：包括复杂的焊接变形机理、材料物理数据高温波动、热力分析过程中的误差积累等，所以在空心稳定杆生产过程中，需进行反复的工艺探索实验，费时费力，且成本昂贵。因而需要对现有的空心稳定杆的焊接工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术所述的汽车空心稳定杆焊接过程中采用的传统的焊接变形预测方法依赖于实验和统计基础上的经验曲线或经验公式，导致在焊接变形预测过程中产生诸多干扰因素，需进行反复的工艺探索实验，费时费力，且成本昂贵的问题，提供一种面向精确变形控制的汽车空心稳定杆多层多道焊工艺。

实现本发明的目的技术方案如下：

一种面向精确变形控制的汽车空心稳定杆多层多道焊工艺，其包括以下步骤：

1)在计算机三维建模软件中，根据汽车空心稳定杆的几何形状建立与实物相吻合的三维几何模型；

2)对上述建立的三维几何模型进行网格划分；

3)建立汽车空心稳定杆多层多道焊接过程中的温度场及应力应变场的耦合模型；因为焊接材料在变形过程中的温度变化会影响到材料的变形过程，材料的变形过程在很大程度上又会影响材料的温度分布，因此，只有将温度变化与变形过程耦合，才能真实地模拟焊接成形过程；

4)完成汽车空心稳定杆热-力材料参数及多层多道焊接热源和焊接路径的设定，并根据实际焊接情况加载相应的初始条件和边界条件，使用数值模拟方法求解计算上述的热-力耦合模型，从而得到焊接过程中汽车空心稳定杆多层多道焊温度场和应力场分布以及焊件的变形情况，并对所得结果进行分析判断，如果所得结果合理即获得最佳焊接工艺，如果所得结果不合理，则要调整焊接工艺参数，重新执行步骤3和步骤4，直到获得最佳焊接工艺。

更优选的方案是，步骤4中所述的热-力材料参数包括材料的热传导系数、热膨胀系数、比热容、弹性模量、屈服强度和抗拉强度，为了保证模拟结果的准确性，必须导入随温度变化的材料参数曲线。

更优选的方案是，步骤4中在对焊接路径进行设定时，包括热源路径的加载和填充金属路径的加载，热源路径采用节点加载，描述热源在全路径上的移动；熔深方向，即焊枪指向方向，采用矢量方式，用矢量指向来描述焊枪的指向。