拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法技术

本发明专利技术涉及一种拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，属于电阻点焊质量检测领域。对环形熔核电阻点焊的焊接接头进行超声检测，提取环形熔核的内径尺寸、外径尺寸作为特征值，并基于环形熔核电阻点焊接头断裂模型来判断焊接接头的断裂形式。首次提出了环形熔核在拉剪载荷下断裂形式判据，充分考虑了电阻点焊的熔核失效是一种涉及熔核几何因素、焊接接头冶金性能和机械加载方式之间相互作用的复杂现象。将环形熔核模型理想化为竖直截面为鼓形的环形熔核，通过比较环形熔核水平界面最大剪切力与环形熔核外侧热影响区及母材（断裂位置）最大拉力之间数值关系，从而更加准确的判定环形熔核失效形式。确的判定环形熔核失效形式。确的判定环形熔核失效形式。

【技术实现步骤摘要】
拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法


[0001]本专利技术涉及电阻点焊质量检测领域，特别涉及拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式转变预测方法，尤指一种拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，能够判别拉剪载荷下环形熔核点焊接头沿工件贴合面熔核断裂失效(IF)或拉拔断裂失效(PF)。

技术介绍

[0002]电阻点焊(RSW)是汽车工业的关键连接技术，在汽车制造中起着至关重要的作用。电阻点焊接头失效模式的改变可以使得结构承载能力以及能量吸收能力提高。电阻点焊的失效模式主要可分为两种：界面断裂失效(IF)和拉拔断裂失效(PF)。IF模式时裂纹沿两板材界面通过熔核扩展，表现出脆性失效行为，熔核一旦失效，接头承载能力完全丧失，会对车身的耐撞性产生不利影响。PF模式时接头熔核从一张板材中拉出，裂纹多沿熔核周围扩展，这种裂纹扩展的非直路径相较于IF模式下直纹路径，会导致更大的塑性变形以及能量吸收。因此PF模式的延性失效行为通常会作为汽车工业的首选。
[0003]在目前电阻点焊熔核失效行为判定方法上主要涉及椭圆形熔核或鼓形熔核的探究，对环形熔核的失效行为判定上没有合适的相关依据。此外，如式(13)所示的，由美国焊接学会以及日本、德国焊接标准中所规定的熔核失效行为转变判别方法仅相关了板厚唯一因素，而实际点焊接头的失效是受点焊接头熔核形状、组织特点及缺陷等多种因素影响，因此该判别方法无法满足对大多数钢材点焊接头失效行为转变的预测。近年来Pouranvari等一些学者排除母材以及熔核区屈服强度的影响，对熔核断裂形式转变进行了进一步的探究，如式(14)所示，但其最大剪切力与最大拉力的获取均是由平均应力所获得的，并非符合Stephens等人所提出的熔核周围拉应力按正弦规律分布的特点，此外圆柱体熔核的理想化模型与实际熔核形状相差过大，因此并不适合进一步讨论环形熔核失效行为特点。
[0004][0005][0006]其中D
C
为临界熔核直径，K为常数取4或5，T为母材板厚，P为孔隙率因子，f为系数为0.5，H
PFL
为拉拔断裂失效位置硬度，H
FZ
为界面断裂失效位置硬度，D为熔核直径，τ
FZ
熔核抗剪强度，σ
PFL
拉拔断裂失效位置抗拉强度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，充分考虑了电阻点焊的熔核失效是一种涉及熔核几何因素、焊接接头冶金性能和机械加载方式之间相互作用的复杂现象。解决现阶段点焊熔核失效形式转变判据具有低普适性，柱状熔核模型与实际椭圆形或鼓形模型相差较大而造成的不准确性，熔核周围应力值单一，计算误差过大，以及无法满足对环形熔核失效形式预测等问题。
[0008]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0009]拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，对环形熔核电阻点焊的焊接接头进行超声检测，提取环形熔核的内径尺寸、外径尺寸作为特征值，并基于环形熔核电阻点焊接头断裂模型来判断焊接接头的断裂形式；
[0010]所述环形熔核电阻点焊接头断裂模型，其建立方法为：根据环形熔核内径尺寸、外径尺寸、熔核单侧轴向厚度、接头熔核区维氏硬度、热影响区维氏硬度、母材维氏硬度，计算接头熔核水平界面所能承受的极限剪切力熔核区F
IF
和接头热影响区及母材的所能承受的最大拉力F
PF
，并根据以下模型判断断裂形式：
[0011]当F
PF
＞F
IF
时，界面断裂(IF)
[0012]当F
PF
≤F
IF
时，拉拔断裂(PF)
[0013]所述接头熔核区维氏硬度、热影响区维氏硬度、母材维氏硬度的取值方法为：对选用材料、板厚组合及工艺参数下的实验试样，采用环形熔核电阻点焊技术，将所得焊接接头剖切并制备金相试样，测量接头熔核区维氏硬度、热影响区维氏硬度、母材维氏硬度值，并经过多个试样多次测量取均值后，将其设置为常数；
[0014]所述环形熔核内径尺寸、外径尺寸，其计算方法为：根据超声C扫描检测结果进行等效圆变换；拾取熔核外径圆上N个点，取N个点中任意两点做中垂线，中垂线交点为圆心，将所得圆心簇平均值作为圆心坐标，圆心坐标点到N个边界点距离的平均值即为环形熔核等效外径R
外
；拾取熔核内径圆上M个点，将M个点与圆心距离取平均值，该平均值即为环形熔核等效内径R
内
；
[0015]所述熔核单侧轴向厚度，其测量方法为：通过Image
‑
Pro Plus软件对所选材料板厚组合及工艺参数下的剖切金相试样宏观照片进行尺寸测量，得出所选材料板厚组合及工艺参数下熔核单侧轴向厚度，并经过多个试样多次测量后取均值；同样，多次进行同一材料及板厚组合不同工艺条件下的焊接，分别得出不同工艺条件下的平均熔核单侧轴向厚度，将大量不同工艺参数条件下的熔核单侧轴向厚度与环形熔核等效内径与外径数值导入MATLAB进行cftool多项式拟合，得出三参数函数方程，Z(H)＝f(R
内
,R
外
)；根据超声C扫描检测结果，将R
内
,R
外
代入三参数函数方程可得当前条件下熔核单侧轴向厚度。
[0016]将环形熔核理想化为横截面为鼓形的环形熔核；鼓形曲率半径即为进行等效圆变换后的环形熔核等效外径R
外
。
[0017]所述的拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，具体步骤如下：
[0018](1)计算环形熔核理想化后熔核水平界面所能承受的极限剪切力；
[0019]熔核水平界面x处的剪切应力式为：
[0020][0021]熔核水平界面x处的面积微分式为：
[0022][0023]熔核水平界面所能承受的剪力微分式为：
[0024]dF
IF
＝τ
x
·
d
s
[0025][0026][0027]式中τ
x
为熔核水平界面x处的极限抗剪强度，τ
max
为发生界面撕裂失效时熔核所能承受的最大拉剪应力，R
内
为环形熔核等效内径，R
外
为环形熔核等效外径，F
IF
为熔核水平界面所能承受的极限剪切力；
[0028](2)计算环形熔核理想化后接头热影响区及母材的所能承受的最大拉力；
[0029]环形熔核水平界面侧边α处拉应力为：
[0030]σ
α
＝σ
max1 cosα
[0031]环形熔核外侧任意一点(α，β)处拉应力为：
[0032]σ
β
＝σ
max1 cosα
·
cosβ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，其特征在于：对环形熔核电阻点焊的焊接接头进行超声检测，提取环形熔核的内径尺寸、外径尺寸作为特征值，并基于环形熔核电阻点焊接头断裂模型来判断焊接接头的断裂形式；所述环形熔核电阻点焊接头断裂模型，其建立方法为：根据环形熔核内径尺寸、外径尺寸、熔核单侧轴向厚度、接头熔核区维氏硬度、热影响区维氏硬度、母材维氏硬度，计算接头熔核水平界面所能承受的极限剪切力熔核区F
IF
和接头热影响区及母材的所能承受的最大拉力F
PF
，并根据以下模型判断断裂形式：当F
PF
＞F
IF
时，界面断裂(IF)当F
PF
≤F
IF
时，拉拔断裂(PF)所述接头熔核区维氏硬度、热影响区维氏硬度、母材维氏硬度的取值方法为：对选用材料、板厚组合及工艺参数下的实验试样，采用环形熔核电阻点焊技术，将所得焊接接头剖切并制备金相试样，测量接头熔核区维氏硬度、热影响区维氏硬度值、母材维氏硬度值，并经过多个试样多次测量取均值后，将其设置为常数；所述环形熔核内径尺寸、外径尺寸，其计算方法为：根据超声C扫描检测结果进行等效圆变换；拾取熔核外径圆上N个点，取N个点中任意两点做中垂线，中垂线交点为圆心，将所得圆心簇平均值作为圆心坐标，圆心坐标点到N个边界点距离的平均值即为环形熔核等效外径R
外
；拾取熔核内径圆上M个点，将M个点与圆心距离取平均值，该平均值即为环形熔核等效内径R
内
；所述熔核单侧轴向厚度，其测量方法为：通过Image
‑
Pro Plus软件对所选材料板厚组合及工艺参数下的剖切金相试样宏观照片进行尺寸测量，得出所选材料板厚组合及工艺参数下熔核单侧轴向厚度，并经过多个试样多次测量后取均值；同样，多次进行同一材料及板厚组合不同工艺条件下的焊接，分别得出不同工艺条件下的平均熔核单侧轴向厚度，将大量不同工艺参数条件下的熔核单侧轴向厚度与环形熔核等效内径与外径数值导入MATLAB进行cftool多项式拟合，得出三参数函数方程，Z(H)＝f(R
内
,R
外
)；根据超声C扫描检测结果，将R
内
,R
外
代入三参数函数方程可得当前条件下熔核单侧轴向厚度。2.根据权利要求1所述的拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，其特征在于：将环形熔核理想化为横截面为鼓形的环形熔核；鼓形曲率半径即为进行等效圆变换后的环形熔核等效外径R
外
。3.根据权利要求1所述的拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)计算环形熔核理想化后熔核水平界面所能承受的极限剪切力；熔核水平界面x处的剪切应力式为：熔核水平界面x处的面积微分式为：
熔核水平界面所能承受的剪力微分式为：dF
IF
＝τ
x
·
d
s
式中τ
x
为熔核水平界面x处的极限抗剪强度，τ
max
为发生界面撕裂失效时熔核所能承受的最大拉剪应力，R
内
为环形熔核等效内径，R
外
为环形熔核等效外径，F
IF
为熔核水平界面所能承受的极限剪切力；(2)计算环形熔核理想化后接头热影响区及母材的所能承受的最大拉力；(3)优化计算参数，得出相关环形点焊熔核断裂形式转变判据。4.根据权利要求3所述的拉剪载荷下环形熔核电阻点焊接头断裂形式判断方法，其特征在于：步骤(2)所述的计算环形熔核理想化后接头热影响区及母材的所能承受的最大拉力，具体是：环形熔核水平界面侧边α处拉应力为：σ
α
＝σ
max1
cosα环形熔核外侧任意一点(α，β)处拉应力为：σ
β
＝σ
max1
cosα
·
cosβ
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(4)在(α，β)处面积微分为：ds＝R
α
·
dβ
·
dh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国成，王盛威，董娟，谷晓鹏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：