導語
焊接是汽車制造過程中一個關鍵環節，白車身、發動機、底盤和變速箱等都離不開焊接工藝的應用，主要涉及氣保焊、電阻點焊、激光焊、電子束焊等多種焊接工藝。由于汽車車型眾多、成形結構復雜、汽車制造質量、效率、成本等方面的綜合要求。如何高效、低成本的研發出合理的焊接工藝，對焊接工藝工程師無疑是個巨大的挑戰。
傳統的焊接工藝開發，需要依靠工藝開發經驗以及大量試驗數據的積累，而對于新的焊接工藝開發，需要借助多次試錯經驗來獲取符合產品質量要求的工藝，但制定的工藝有沒有更佳的替代方案，這個有待進一步考證。在試錯過程中，實際數據的測量也是一個重大的挑戰。通過焊接仿真分析，可以實時的獲取焊接過程中的變形結果，并可以根據每道焊縫的焊接變形、應力等的結果來進行實時分析，不僅數據的提取也變得更加方便，也給焊接工藝開發規劃提供了強有力的數據支撐，更容易規劃出合理的焊接順序、焊接裝夾位置等焊接工藝參數。
Simufact welding焊接工藝仿真方案
工業軟件Simufact.welding，作為世界領先的專業焊接工藝仿真軟件，能夠有效協助工程師對焊接工藝參數、焊接順序、焊接工裝夾具、焊接方向等進行焊接工藝仿真分析，不僅能分析焊接過程中的焊接變形、應力等還能對焊接后冷卻和工裝夾具卸載后的焊接變形、焊接殘余應力等進行分析。通過使用Simufact.welding進行虛擬試錯，能獲取最優的焊接工藝方案，具有減少試錯次數、縮短工藝研發周期，節省人力、材料成本等優勢，為企業帶來可觀的成本收益。
汽車案例舉例
上海大眾汽車有限公司作為Simufact的資深客戶，已經熟練使用Simufact welding解決實際結構件的焊接變形問題，隨著仿真數據及仿真經驗的積累，針對不同結構和焊接工藝，已經具備一些仿真判斷標準。一些結構焊接工藝的規劃，經過Simufact welding仿真驗證后，幫助其提升了焊接變形質量控制，受益明顯。
以下案例來自上海大眾汽車有限公司，展示了Simufact welding焊接工藝仿真軟件變形結果與實際焊接變形結果對比。結構分別為B柱熱成型板激光焊接案例以及白車身側圍門框焊接變形。
上海大眾汽車有限公司通過使用Simufact welding焊接仿真軟件，深刻認識到精確的仿真結果需要結合實際焊接工藝仿真，如下圖所示為實際焊裝、焊接順序工藝。
Simufact welding焊接仿真軟件可以導入實際焊接夾具的工裝模型，按照工裝夾具的作用類型、作用力、作用時間等設置，焊接順序、焊接工藝參數等也可以按照實際焊接工藝參數進行設置。
為了獲得更精確的結果，需要進行熱源校核，以保證仿真的熔池與實際熔池尺寸對應。Simufact welding具有熱計算功能，并且具有焊槍監視器功能，可以實時的監控焊接，快速高效的校核出熱源模型。
Simufact welding具有表面偏差功能，可以實現仿真結果與CAD設計模型、掃描結果進行比較分析，方便更直觀的對變形進行詳細分析。不僅如此，還同樣支持變形分量的對比，用以研究主要變形方向的變形結果。如下圖所示，對比了仿真結果與實際掃描結果，根據對比，仿真結果與實際掃描結果對應非常好。
通過關注的6個測量點的數據對比分析，可以看到，掃描的變形結果與仿真的變形結果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對側圍門框激光焊接工藝進行仿真，按照實際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
通過與實際物理試驗掃描結果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結果與實際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預測結果為1.74mm，掃描結果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認為在合理的誤差內。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產生的殘余應力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實現沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實際的制造工藝鏈。
總 結
● 通過Simufact welding對熱成型B柱激光焊接過程進行分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際結果一致性較好，驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際變形結果對應較好，再次驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對焊接工藝過程的仿真，可以對焊接工藝參數、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應力、熔池、熱影響區、相組織、溫度場等進行仿真分析，代替或減少物理試錯，節省人力、物力，縮短研發周期，助力焊接工藝開發。
參考文獻：
黃平華，王慶，基于焊接模擬的B柱激光焊接變形預測[J]．熱加工工藝，2018， 47(11)：207-210．
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【文章來自海克斯康工業軟件】
