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摘要：随着社会经济的迅猛发展，人们生活水平也在快速提升，整个社会内部汽车购买量也在持续增多，与汽车相关的行业之间的竞争也趋于白热化状态。在激烈的市场竞争背景下，要占据有力的市场地位，汽车制造企业必须设定出一个较为完整的在成本不变的前提下，提高汽车制造产品质量、缩短制造周期的方案。本文主要基于汽车制造的视角，研究了针对焊接变形预测的不同方案，并结合别克轿车的汽车副车架焊接实例进行了变形预测分析。
关键词：汽车制造；焊接变形；预测
在汽车制造过程中，焊接属于十分重要的一个环节。通常由于焊接部分加热不均匀、冷却的快速性及受到外部条件的影响，导致焊接残余应力形成，造成焊接变形。早在1970年左右，一些日本学者便提出了基于材料性能及温度视角的热塑性法。但由于此种方案对计算方面的要求太高，分析过程较为繁琐，不适合运用于一般分析中。隨着当前汽车工业的迅猛发展，汽车制造业的竞争也变得日趋激烈，对汽车设计的要求也在不断提升。要求汽车制造领域推出一种新型的能够满足不同汽车品种的成本较低、质量较高、制作周期较短的设计方案。以下主要通过对汽车各器件的焊接变形特点进行整合归纳，来实施有效的焊接变形预测。
一、三维热弹塑性变形预测分析法
三维热弹塑性分析是一项十分复杂的焊接变形分析程序，在分析前应该进行三维线性焊接温度场分析，根据试验场确定温度场的数据，并且将数据输入到计算机焊接热弹塑性有效分析程序中，程序接受数据之后会自动进行三维焊接变形以及应力分析。由于三维焊接热弹性所使用的材料的热物理性能以及机械性能会受到温度场温度的影响，不同温度下，材料的热物理性能以及机械性能之间的关系会发生变化，其熔化潜热和移动热源等都会发生变化。程序模拟焊接过程中，材料的熔敷金属一般可以选用填充材料，这种材料具有自身的特点，能使用温度变化带来的反应，实现“生死单元”的变化，研究中最为常见的热源模型有双椭圆性热源以及Gauss热源等。在研究中，一般设定热量均匀升高，便于进行内热源处理。
热弹塑性的应力有限分析，是假设材料达到米塞斯屈服标准，塑性区内材料的纤维能满足增量法并且符合一定的应变硬化规律。材料与温度相关的机械性能以及应力应变在微小的时间增量内发生线性变化，三维热弹塑性分析程序的数据计算十分复杂，且数据处理任务量非常大，不仅要分析焊接时的瞬态应力，同时，还有变形以及最终参与应力等方面的变化情况，最终为实际焊接工作提供准确而可靠的依据，让工作人员能选择应力规律的有力工具。
二、三维固有应变变形预测法
本次研究并不是针对瞬时行为的全过程进行研究，因此，在实验过程中没有必要选择所有的热力计算。而可以使用最为常见和方便的固有应变法代替热弹性法，这种方法在实际操作中更为简单方便。焊接时，固有应力以及固有应变是关键的变形影响因素，焊接应力是热应变以及相应变和塑性应变等综合影响的造成的结果。通常在焊接完成后，其固有、稳定的应变力便是其温度应变力、相变应变力及塑性应变力三者之间的残余量合计。若忽略对焊接材料的相对应变力影响，那么其固定应变力则主要是其温度应变与塑性应变的总和。而针对比较复杂的汽车制造结构而言，导致其焊接变形的因素同样包括其横竖双向的固有应变力。因为其固有应变力与焊接的质量主要呈现正相关关系，通过对其固有应变中心应力的计算即可得出其最终的焊接变形。此种分析方法一般适用于规格较大的汽车结构的焊接变形预测。
三、针对别克轿车副车架焊接变形预测实例分析
众所周知，汽车副车架之于汽车整个结构而言，属于十分重要的部件之一。它通常对制造的刚度与其精度均有一定的要求。副车架整体结构相当复杂，因此决定了其焊接过程也十分冗杂。不仅包括对其前后梁的焊接，同样包括对其左右梁焊缝的焊接。因此将其焊孔中心位置的具体变化情况作为变形预测的参照指标。采取热塑性方案对其实施三维分析。计算出其焊孔中心位置的固定应力。定义此时的热量输入为每厘米1700焦耳，整体焊接面积为462平方厘米。则可得出每平方厘米的热量输入量为0.00476。整个焊接过程中节点数量为2276，单元数量为2265，每一网格大小约为15毫米。焊接中心圆孔之间的分析约为0.005毫米。由于汽车副车架前梁的刚性强度较大，因此整个结构的中心一般偏向于前梁的位置，进而导致了结构的弯曲。由于焊缝收缩，导致结构中心后端两个孔隙之间的间隙缩小，此时连接左右梁之间的焊缝同时也在不断收缩，导致孔隙进一步变小。焊接孔之间的变形通常是由于前梁与右梁之间的焊缝收缩而造成的，通常情况下，左右两端会呈现相对对称的关系，因此并不会产生较大的弯距作用。整体而言，别克轿车汽车副车架在焊接过程中，焊接孔隙的高度并未产生较大程度的变形。
结束语
综上所述，建立焊接数值模型，通过对参数的有效计算，是针对复杂汽车结构变形预测的有效方案，在汽车制造市场有其重要的指导价值。若仅需对汽车制造过程中的焊接变形进行简单的预测，则可选取三维应力分析法，不仅能够满足分析的要求，同时能够降低预测成本的投入，缩短开发的时间。当前许多汽车制造行业所选用的车体材料均是较为复杂化、多元化的材料，为探究新型材料的焊接变形规律，还需更多研究者展开更深层次的探索，为汽车制造业提供有效的指导。
参考文献：
[1]张涛，俞斌，孙厚勇，等.汽车副车架结构件焊接残余变形预测[J].焊接技术，2013（07）.
[2]蒋丰骏，徐月同，邓小雷，等.手动托盘车焊接工艺的焊接变形仿真及预测[J].浙江大学学报（工学版），2013（09）.
[3]刘玉君，丰军华，李瑞，等.焊接顺序对底板结构变形影响的数值研究[J].热加工工艺，2013（06）.
[4]孙乃明.焊接结构件焊接变形的控制[J].机械管理开发，2013（06）.
作者简介：杨勇，男，汉，1972，10-，湖北黄冈人，讲师，工学硕士，研究方向： 机械工程，电气控制与自动化，汽车制造，汽车运用与维修，汽车电器等。发表论文8篇，参与课题2项。
关键词：汽车制造；焊接变形；预测
在汽车制造过程中，焊接属于十分重要的一个环节。通常由于焊接部分加热不均匀、冷却的快速性及受到外部条件的影响，导致焊接残余应力形成，造成焊接变形。早在1970年左右，一些日本学者便提出了基于材料性能及温度视角的热塑性法。但由于此种方案对计算方面的要求太高，分析过程较为繁琐，不适合运用于一般分析中。隨着当前汽车工业的迅猛发展，汽车制造业的竞争也变得日趋激烈，对汽车设计的要求也在不断提升。要求汽车制造领域推出一种新型的能够满足不同汽车品种的成本较低、质量较高、制作周期较短的设计方案。以下主要通过对汽车各器件的焊接变形特点进行整合归纳，来实施有效的焊接变形预测。
一、三维热弹塑性变形预测分析法
三维热弹塑性分析是一项十分复杂的焊接变形分析程序，在分析前应该进行三维线性焊接温度场分析，根据试验场确定温度场的数据，并且将数据输入到计算机焊接热弹塑性有效分析程序中，程序接受数据之后会自动进行三维焊接变形以及应力分析。由于三维焊接热弹性所使用的材料的热物理性能以及机械性能会受到温度场温度的影响，不同温度下，材料的热物理性能以及机械性能之间的关系会发生变化，其熔化潜热和移动热源等都会发生变化。程序模拟焊接过程中，材料的熔敷金属一般可以选用填充材料，这种材料具有自身的特点，能使用温度变化带来的反应，实现“生死单元”的变化，研究中最为常见的热源模型有双椭圆性热源以及Gauss热源等。在研究中，一般设定热量均匀升高，便于进行内热源处理。
热弹塑性的应力有限分析，是假设材料达到米塞斯屈服标准，塑性区内材料的纤维能满足增量法并且符合一定的应变硬化规律。材料与温度相关的机械性能以及应力应变在微小的时间增量内发生线性变化，三维热弹塑性分析程序的数据计算十分复杂，且数据处理任务量非常大，不仅要分析焊接时的瞬态应力，同时，还有变形以及最终参与应力等方面的变化情况，最终为实际焊接工作提供准确而可靠的依据，让工作人员能选择应力规律的有力工具。
二、三维固有应变变形预测法
本次研究并不是针对瞬时行为的全过程进行研究，因此，在实验过程中没有必要选择所有的热力计算。而可以使用最为常见和方便的固有应变法代替热弹性法，这种方法在实际操作中更为简单方便。焊接时，固有应力以及固有应变是关键的变形影响因素，焊接应力是热应变以及相应变和塑性应变等综合影响的造成的结果。通常在焊接完成后，其固有、稳定的应变力便是其温度应变力、相变应变力及塑性应变力三者之间的残余量合计。若忽略对焊接材料的相对应变力影响，那么其固定应变力则主要是其温度应变与塑性应变的总和。而针对比较复杂的汽车制造结构而言，导致其焊接变形的因素同样包括其横竖双向的固有应变力。因为其固有应变力与焊接的质量主要呈现正相关关系，通过对其固有应变中心应力的计算即可得出其最终的焊接变形。此种分析方法一般适用于规格较大的汽车结构的焊接变形预测。
三、针对别克轿车副车架焊接变形预测实例分析
众所周知，汽车副车架之于汽车整个结构而言，属于十分重要的部件之一。它通常对制造的刚度与其精度均有一定的要求。副车架整体结构相当复杂，因此决定了其焊接过程也十分冗杂。不仅包括对其前后梁的焊接，同样包括对其左右梁焊缝的焊接。因此将其焊孔中心位置的具体变化情况作为变形预测的参照指标。采取热塑性方案对其实施三维分析。计算出其焊孔中心位置的固定应力。定义此时的热量输入为每厘米1700焦耳，整体焊接面积为462平方厘米。则可得出每平方厘米的热量输入量为0.00476。整个焊接过程中节点数量为2276，单元数量为2265，每一网格大小约为15毫米。焊接中心圆孔之间的分析约为0.005毫米。由于汽车副车架前梁的刚性强度较大，因此整个结构的中心一般偏向于前梁的位置，进而导致了结构的弯曲。由于焊缝收缩，导致结构中心后端两个孔隙之间的间隙缩小，此时连接左右梁之间的焊缝同时也在不断收缩，导致孔隙进一步变小。焊接孔之间的变形通常是由于前梁与右梁之间的焊缝收缩而造成的，通常情况下，左右两端会呈现相对对称的关系，因此并不会产生较大的弯距作用。整体而言，别克轿车汽车副车架在焊接过程中，焊接孔隙的高度并未产生较大程度的变形。
结束语
综上所述，建立焊接数值模型，通过对参数的有效计算，是针对复杂汽车结构变形预测的有效方案，在汽车制造市场有其重要的指导价值。若仅需对汽车制造过程中的焊接变形进行简单的预测，则可选取三维应力分析法，不仅能够满足分析的要求，同时能够降低预测成本的投入，缩短开发的时间。当前许多汽车制造行业所选用的车体材料均是较为复杂化、多元化的材料，为探究新型材料的焊接变形规律，还需更多研究者展开更深层次的探索，为汽车制造业提供有效的指导。
参考文献：
[1]张涛，俞斌，孙厚勇，等.汽车副车架结构件焊接残余变形预测[J].焊接技术，2013（07）.
[2]蒋丰骏，徐月同，邓小雷，等.手动托盘车焊接工艺的焊接变形仿真及预测[J].浙江大学学报（工学版），2013（09）.
[3]刘玉君，丰军华，李瑞，等.焊接顺序对底板结构变形影响的数值研究[J].热加工工艺，2013（06）.
[4]孙乃明.焊接结构件焊接变形的控制[J].机械管理开发，2013（06）.
作者简介：杨勇，男，汉，1972，10-，湖北黄冈人，讲师，工学硕士，研究方向： 机械工程，电气控制与自动化，汽车制造，汽车运用与维修，汽车电器等。发表论文8篇，参与课题2项。