CN109596425A - 一种搭接接头力学性能评价方法 - Google Patents

一种搭接接头力学性能评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种搭接接头力学性能评价方法，包括如下步骤：将上搭接板与下搭接板的至少一部分重合表面进行焊接，其中发生断裂的区域为上搭接板与下搭接板相接触的焊缝区或位于下搭接板上表面的所述热影响区；在上搭接板或下搭接板的自由末端施加拉力以使得焊接的上搭接板以及下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的拉力值；根据拉力值与上搭接板或下搭接板的端面横截面积，计算得到焊缝区或热影响区的抗拉强度。本发明提出的搭接接头力学性能评价方法，可对搭接的两板之间的焊缝区或热影响区的抗拉强度进行准确分析评估，为焊接工艺的优化提供评判标准。

Description

一种搭接接头力学性能评价方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种搭接接头力学性能评价方法。
背景技术
在工程领域中，焊接是一种极为普遍的连接方式，可以方便快捷地将所需进行连接的物体进行固定。
焊接，也称作熔接或镕接，是一种以加热、高温或高压的方式接合金属或其他热塑性材料的制造工艺及技术。焊接通过以下三种途径达成接合的目的：1、熔焊：通过加热欲接合的工件，使局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后接合，必要时加入熔填物辅助，此种适合各种金属以及合金的焊接加工；2、压焊：焊接过程中须对焊件施加压力，属于各种金属材料以及部分金属材料的加工；3、钎焊：用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。在实际焊接中，铝合金的焊接较为普遍。目前，铝合金焊接存在明显的接头软化现象，接头薄弱点在热影响区或焊缝区。
然而，目前还没有对搭接接头中焊缝区或热影响区的力学性能进行较为准确评价的方法，无法对焊缝区或热影响区的力学性能进行准确评价。
发明内容
基于此，本发明的目的是为了提出一种搭接接头力学性能评价方法，以对搭接接头中焊缝区或热影响区的力学性能进行准确评价。
本发明提出一种搭接接头力学性能评价方法，用于对焊接板材上的焊缝区或热影响区的抗拉强度进行评估，其中，所述方法包括如下步骤：
将上搭接板与下搭接板的至少一部分重合表面进行焊接，其中发生断裂的区域为所述上搭接板与所述下搭接板相接触的所述焊缝区或位于所述下搭接板上表面的所述热影响区；
在所述上搭接板或所述下搭接板的自由末端施加拉力以使得焊接的所述上搭接板以及所述下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的拉力值；
根据所述拉力值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区或所述热影响区的抗拉强度。
本发明提出的搭接接头力学性能评价方法，首先将上搭接板与下搭接板的至少一部分相重合的表面进行焊接，然后在上搭接板或下搭接板的自由末端分别施加大小相等方向相反的拉力，逐渐增大压力值直至搭接接头发生断裂，将断裂时记录得到的拉力值以及端面横截面积计算得到抗拉强度。其中该抗拉强度为焊缝区或热影响区的抗拉强度。本发明提出的搭接接头力学性能评价方法，可对搭接的两板之间的焊缝区或热影响区的抗拉强度进行准确分析评估，可为CAE仿真提供数据支持，并为整车及零部件的设计提供参考依据以及为焊接工艺的优化提供评判标准。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，当所述上搭接板与所述下搭接板之间只有部分表面重合时，所述方法包括如下步骤：
将第一上搭接板与第一下搭接板之间的部分重合表面进行焊接，在所述第一上搭接板下表面的一端以及在所述第一下搭接板上表面的一端分别固定设置一垫板；
在所述第一上搭接板的自由末端以及所述第一下搭接板的自由末端分别施加大小相等方向相反的第一拉力，直至所述第一上搭接板与所述第一下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的所述第一拉力的数值；
根据所述第一拉力的数值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区的抗拉强度。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，所述第一上搭接板与所述第一下搭接板的长度、宽度以及高度均相同，所述垫板的宽度以及高度与所述第一上搭接板以及所述第一下搭接板的相同。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，当所述上搭接板的下表面与所述下搭接板上表面完全重合焊接时，所述方法包括如下步骤：
将第二上搭接板的下表面完全焊接在第二下搭接板的上表面上；
在所述第二下搭接板相对的两端分别施加大小相等方向相反的第二拉力，直至所述第二下搭接板发生断裂，并记录断裂时对应的所述第二拉力的竖直，其中发生断裂的为所述第二下搭接板的热影响区；
根据所述第二拉力的数值与所述第二下搭接板的端面横截面积，计算得到所述热影响区的抗拉强度。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，所述根据所述第一拉力的数值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区的抗拉强度的方法包括如下步骤：
将所述拉力值除以所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，以得到所述焊缝区或所述热影响区的抗拉强度。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，在将上搭接板与下搭接板的至少一部分重合表面进行焊接的步骤中，焊接电流范围为125A～175A，焊接速度为6～12mm/s。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，所述上搭接板的抗拉强度为283MPa，非比例延伸强度为274.3Mpa，延伸率为15.4％，
所述下搭接板的抗拉强度为323MPa，非比例延伸强度为263.3Mpa，延伸率为14.43％。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，所述焊缝区的抗拉强度为53～95Mpa，强度系数范围为19％～34％。
所述搭接接头力学性能评价方法，其中，所述热影响区的抗拉强度为189～235Mpa，强度系数范围为67％～83％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提出的搭接接头力学性能评价方法的流程图；
图2为本发明第二实施例中搭接接头的结构示意图；
图3为图2所示的搭接接头中“V”部分的结构放大图；
图4为本发明第三实施例中搭接接头的结构示意图。
主要符号说明：
第一上搭接板 11 第二上搭接板 21
第一下搭接板 12 第二下搭接板 22
热影响区 20 垫板 111
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前还没有对搭接接头中焊缝区或热影响区的力学性能进行较为准确评价的方法，无法对焊缝区或热影响区的力学性能进行准确评价。
实施例一
为了解决这一技术问题，本发明提出一种搭接接头力学性能评价方法，用于对焊接板材上的焊缝区或热影响区的抗拉强度进行评估，请参阅图1，所述方法包括如下步骤：
S101，将上搭接板与下搭接板的至少一部分重合表面进行焊接，其中发生断裂的区域为所述上搭接板与所述下搭接板相接触的所述焊缝区或位于所述下搭接板上表面的所述热影响区。
在本步骤中，将上搭接板与下搭接板进行焊接。在本发明中，上搭接板与下搭接板可以为部分重合焊接以及完全重合焊接。具体的，对于部分重合焊接，将上搭接板与下搭接板相邻的一端进行焊接，在焊接时，将上搭接板的下表面与下搭接板的上表面进行焊接。对于完全重合焊接的情况，将上搭接板的下表面完全贴合在下搭接板的上表面上，然后进行焊接。
在此需要说明的是，本发明为了评估焊缝区以及热影响区的力学性能，对于上述部分重合焊接的情况，评价的为焊缝区的力学性能；对于上述完全重合焊接的情况，评价的为热影响区的力学性能。
在本实施例中，上搭接板为6061铝合金，下搭接板为A356铝合金。上搭接板的抗拉强度为283MPa，非比例延伸强度为274.3Mpa，延伸率为15.4％，下搭接板的抗拉强度为323MPa，非比例延伸强度为263.3Mpa，延伸率为14.43％。在将二者进行焊接时，对应的焊接电流范围为125A～175A，焊接速度为6～12mm/s。
S102，在所述上搭接板或所述下搭接板的自由末端施加拉力以使得焊接的所述上搭接板以及所述下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的拉力值。
在将上述的上搭接板与下搭接板进行焊接之后，分别在上搭接板以及下搭接板的两端分别施加一拉力的作用，逐渐加大拉力值，直至搭接接头发生断裂。在此需要指出的是，搭接接头发生断裂的情况，可以是上搭接板与下搭接板之间的焊缝区发生断裂，也可以是下搭接板上的热影响区发生断裂。在发生搭接接头断裂时，记录断裂时对应的拉力值。
S103，根据所述拉力值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区或所述热影响区的抗拉强度。
在获取了搭接接头断裂时对应的拉力值之后，在本实施例中，上述的上搭接板与下搭接板为相同规格的搭接板，且均为长方体。在本步骤中，将上述的拉力值除以上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，即得到焊缝区或热影响区的抗拉强度。如步骤S102中所述，对于上搭接板与下搭接板之间为部分重合焊接的情况，此时计算得到的为焊缝区的抗拉强度；对于上搭接板与下搭接板之间为完全重合焊接的情况，此时计算得到的为热影响区的抗拉强度。
在本实施例中，计算得到的焊缝区的抗拉强度为53～95Mpa，强度系数范围为19％～34％。热影响区的抗拉强度为189～235Mpa，强度系数范围为67％～83％。
本发明提出的搭接接头力学性能评价方法，首先将上搭接板与下搭接板的至少一部分相重合的表面进行焊接，然后在上搭接板或下搭接板的自由末端分别施加大小相等方向相反的拉力，逐渐增大压力值直至搭接接头发生断裂，将断裂时记录得到的拉力值以及端面横截面积计算得到抗拉强度。其中该抗拉强度为焊缝区或热影响区的抗拉强度。本发明提出的搭接接头力学性能评价方法，可对搭接的两板之间的焊缝区或热影响区的抗拉强度进行准确分析评估，可为CAE仿真提供数据支持，并为整车及零部件的设计提供参考依据以及为焊接工艺的优化提供评判标准。
实施例二
下面以几个具体的实施例对本发明的技术方案进行更加详细地叙述。请参阅图2与图3，对于本发明第二实施例中的搭接接头力学性能评价方法，其具体实施方式包括如下步骤：
(1)将第一上搭接板与第一下搭接板之间的部分重合表面进行焊接，在第一上搭接板下表面的一端以及在第一下搭接板上表面的一端分别固定设置一垫板。
具体的，将第一上搭接板11与第一下搭接板12之间的部分重合表面进行焊接，在第一上搭接板11下表面的一端以及在第一下搭接板12上表面的一端分别固定设置一垫板111。在此需要指出的是，上述的第一上搭接板11与第一下搭接板12为相同规格的搭接板，也即长度、宽度以及高度的大小均相同。对上述的垫板111而言，该垫板111的高度以及宽度与上述上搭接板以及下搭接板的相同。
在本实施例中，第一上搭接板11选用6061材质的铝合金，第一下搭接板12采用A356材质的铝合金。在进行焊接时，分别采用125A、145A以及165A的焊接电流进行焊接，对应的焊接速度为6～10mm/s。
(2)在第一上搭接板的自由末端以及第一下搭接板的自由末端分别施加大小相等方向相反的第一拉力，直至第一上搭接板与第一下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的第一拉力的数值。
如图2所示，在第一上搭接板11的左端以及第一下搭接板12的右端分别施加大小相等方向相反的第一拉力F1，直至第一上搭接板11与第一下搭接板12之间的焊缝区发生断裂，在断裂时记录对应的第一拉力F1的数值。在此需要指出的是，在本实施例中，为了保证最后所求得的抗拉强度数据的准确性，设置了多组重复试验，在同一焊接电流自己同一焊接速度的情况下，均分别进行三次拉力值试验，然后将得到的最大拉力值进行平均计算得到平均抗拉强度(具体请参见表一)。
(3)根据所述第一拉力的数值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区的抗拉强度。
由于上述的上搭接板11或下搭接板12的规格相同，因此其对应的端面横截面积也相同，在此记为S1，在本步骤中，该端面横截面积为100mm2。将上述的第一拉力F1的数值除以端面横截面积S1，即得到焊缝区的抗拉强度。从表一中可以看出，最后计算得到的焊缝区的抗拉强度平均值的范围为53～95MPa，强度系数范围为19％～34％。
表一：部分重合焊接情况下的抗拉强度试验数据
实施例三
请参阅图4，对于本发明第三实施例中的搭接接头力学性能评价方法，其具体实施方式包括如下步骤：
(1)将第二上搭接板的下表面完全焊接在第二下搭接板的上表面上。
在本实施例中，搭接板之间为完全重复焊接。请参阅图4，上述的第二上搭接板21的下表面完全焊接在第二下搭接板22的上表面上。此外，在第二下搭接板22的上表面还存在一热影响区20。
在本实施例中，第二上搭接板21选用6061材质的铝合金，第二下搭接板22采用A356材质的铝合金。在进行焊接时，分别采用145A、165A以及175A的焊接电流进行焊接，对应的焊接速度为6～12mm/s。
(2)在所述第二下搭接板相对的两端分别施加大小相等方向相反的第二拉力，直至所述第二下搭接板发生断裂，并记录断裂时对应的所述第二拉力的数值，其中发生断裂的为所述第二下搭接板的热影响区。
具体的，在第二下搭接板22的左右两端分别施加大小相等方向相反的第二拉力F2，并逐渐加大第二拉力F2，直至第二下搭接板22发生断裂。与此同时，记录断裂时对应的第二拉力F2的数值。在本实施例中，为了保证最后所求得的抗拉强度数据的准确性，设置了多组重复试验，在同一焊接电流自己同一焊接速度的情况下，均分别进行三次拉力值试验，然后将得到的最大拉力值进行平均计算得到平均抗拉强度(具体请参见表二)。
(3)根据所述第二拉力的数值与所述第二下搭接板的端面横截面积，计算得到所述热影响区的抗拉强度。
在获取了上述的第二拉力F2的数值后，将第二拉力F2的数值除以第二下搭接板22的端面横截面积S2即得到热影响区20的抗拉强度。在本实施例中，该第二下搭接板22的端面横截面积S2为100mm2。从表二中可以看出，最后计算得到的热影响区的抗拉强度平均值的范围为189～235MPa，强度系数范围为67％～83％。
表二：完全重合焊接情况下的抗拉强度试验数据
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种搭接接头力学性能评价方法，用于对焊接板材上的焊缝区或热影响区的抗拉强度进行评估，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将上搭接板与下搭接板的至少一部分重合表面进行焊接，其中发生断裂的区域为所述上搭接板与所述下搭接板相接触的所述焊缝区或位于所述下搭接板上表面的所述热影响区；
在所述上搭接板或所述下搭接板的自由末端施加拉力以使得焊接的所述上搭接板以及所述下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的拉力值；
根据所述拉力值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区或所述热影响区的抗拉强度。
2.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，当所述上搭接板与所述下搭接板之间只有部分表面重合时，所述方法包括如下步骤：
将第一上搭接板与第一下搭接板之间的部分重合表面进行焊接，在所述第一上搭接板下表面的一端以及在所述第一下搭接板上表面的一端分别固定设置一垫板；
在所述第一上搭接板的自由末端以及所述第一下搭接板的自由末端分别施加大小相等方向相反的第一拉力，直至所述第一上搭接板与所述第一下搭接板之间发生断裂，并记录断裂时对应的所述第一拉力的数值；
根据所述第一拉力的数值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区的抗拉强度。
3.根据权利要求2所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，所述第一上搭接板与所述第一下搭接板的长度、宽度以及高度均相同，所述垫板的宽度以及高度与所述第一上搭接板以及所述第一下搭接板的相同。
4.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，当所述上搭接板的下表面与所述下搭接板上表面完全重合焊接时，所述方法包括如下步骤：
将第二上搭接板的下表面完全焊接在第二下搭接板的上表面上；
在所述第二下搭接板相对的两端分别施加大小相等方向相反的第二拉力，直至所述第二下搭接板发生断裂，并记录断裂时对应的所述第二拉力的数值，其中发生断裂的为所述第二下搭接板的热影响区；
根据所述第二拉力的数值与所述第二下搭接板的端面横截面积，计算得到所述热影响区的抗拉强度。
5.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，所述根据所述第一拉力的数值与所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，计算得到所述焊缝区的抗拉强度的方法包括如下步骤：
将所述拉力值除以所述上搭接板或所述下搭接板的端面横截面积，以得到所述焊缝区或所述热影响区的抗拉强度。
6.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，在将上搭接板与下搭接板的至少一部分重合表面进行焊接的步骤中，焊接电流范围为125A～175A，焊接速度为6～12mm/s。
7.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，所述上搭接板的抗拉强度为283MPa，非比例延伸强度为274.3Mpa，延伸率为15.4％，所述下搭接板的抗拉强度为323MPa，非比例延伸强度为263.3Mpa，延伸率为14.43％。
8.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，所述焊缝区的抗拉强度为53～95Mpa，强度系数范围为19％～34％。
9.根据权利要求1所述的搭接接头力学性能评价方法，其特征在于，所述热影响区的抗拉强度为189～235Mpa，强度系数范围为67％～83％。
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