CN113441863B - 焊接件的焊缝疲劳强度评判方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接件的焊缝疲劳强度评判方法，该评判方法依据待评判焊接件制作两组试板，通过对一组试板进行拉伸试验归纳出试板的焊缝极限强度占其母材极限强度的百分比A的通用值A1，然后将试板的母材屈服强度与A1的乘积作为试板的焊缝屈服强度，通过对另一组试板进行拉伸试验归纳出试板的工作应力占焊缝屈服强度的百分比B与试板的疲劳寿命G的通用关系式，然后根据该通用关系式求得焊接件的疲劳寿命规定值G1对应的焊缝疲劳强度，若焊接件焊缝处的最大工作应力小于G1对应的焊缝疲劳强度，则表明焊接件的焊缝疲劳强度合格。该评判方法的评判结果准确性高、评判成本低、评判周期短、适用于焊接件设计前期。

Description

焊接件的焊缝疲劳强度评判方法

技术领域

本发明涉及汽车底盘焊接件技术领域，特别是涉及焊接件的焊缝疲劳强度评判方法。

背景技术

汽车底盘结构件(包括前后副车架、扭转梁等)是重要的承载部件，其大部分是焊接件，因此，焊缝疲劳强度是影响汽车安全性能的重要因素。

目前，主要通过以下两种方法评判焊缝疲劳强度是否合格：一种是通过CAE软件对焊接件模型进行疲劳分析，该方法适用于焊接件设计前期，但是，分析过程中需要输入的参数很多，往往会由于输入的参数不够准确导致评判结果不准确；另一种是将焊接件生产出来，并生产较多数量的焊接件，然后逐一检测这些焊接件的疲劳强度和疲劳寿命，该方法成本高，周期长，不适用于焊接件设计前期。

有鉴于此，开发一种焊接件的焊缝疲劳强度评判方法，使其评判结果准确且适用于焊接件设计前期，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种焊接件的焊缝疲劳强度评判方法，包括以下步骤：

S1、焊接制作两组试板，试板的母材材料、母材厚度、焊缝参数以及焊接工艺参数与焊接件一致；

S2、对一组试板进行拉伸试验，以分别测出各试板的焊缝极限强度，并分别计算各试板的焊缝极限强度占其母材极限强度的百分比A，并根据计算结果归纳出所述百分比A的通用值A1；

S3、将试板的母材屈服强度与所述通用值A1的乘积作为试板的焊缝屈服强度；

S4、对另一组试板进行拉伸试验，以分别测出各试板的疲劳寿命G，试验中使各试板的工作应力不同，并分别计算各试板的工作应力占所述焊缝屈服强度的百分比B，并根据计算结果归纳出所述百分比B与所述疲劳寿命G的通用关系式；

S5、将焊接件的疲劳寿命规定值G1代入所述通用关系式，求得所述百分比B的设计值B1，用所述焊缝屈服强度乘以所述设计值B1得出G1对应的焊缝疲劳强度；

S6、比较焊接件焊缝处的最大工作应力和G1对应的焊缝疲劳强度的大小，若所述最大工作应力小，则表明焊接件的焊缝疲劳强度合格。

该方法的评判结果准确，而且，当评判不合格时，只需要按照新设计的焊接件重新制作试板，就可以再次进行评判，试板相比焊接件结构更简单，所以制作成本更低、制作时间更短，因而，该方法借助试板来评判焊接件的焊缝疲劳强度，能够有效降低评判成本、缩短评判周期，因此，该方法适用于焊接件设计前期。

可选地，S6中，通过CAE软件对焊接件进行受力分析，来得出焊接件焊缝处的最大工作应力。

可选地，所述受力分析为静力分析。

可选地，所述焊缝参数包括焊缝的接头形式、焊缝的尺寸标准；所述焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊丝规格、焊机型号、焊接气体、焊接速度、焊接方式。

可选地，S2中，对各试板的所述百分比A取平均，将得到的平均值乘以一个安全系数得到所述通用值A1，所述安全系数的取值范围为0.8-0.9。

可选地，S2和S3中，还对各试板的焊缝开裂处进行切片检测，以检测各试板的焊缝尺寸是否合格，仅将检测合格的试板作为归纳样本。

可选地，若焊接件具有焊缝接头形式不同的n种焊接结构，则每组试板具有焊缝接头形式不同的n种试板，所述n种试板与所述n种焊接结构的焊缝接头形式对应相同。

附图说明

图1为本发明提供的焊接件的焊缝疲劳强度评判方法的示意图。

图2为搭接试板的示意图；

图3为角接试板的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种焊接件的焊缝疲劳强度评判方法，为了使本技术领域的技术人员更好地理解该评判方法，下面结合附图和具体实施方式对其进行详细说明。

具体实施方式中，用该评判方法对汽车的铝合金副车架进行了焊缝疲劳强度评判。该铝合金副车架需满足纵向台架疲劳试验循环达35万次不开裂，也就是说，该铝合金副车架的疲劳寿命的规定值G1等于35。

该铝合金副车架具有两种焊接结构，两种焊接结构的焊缝接头形式不同，一种焊接结构的焊缝接头形式是搭接，另一种焊接结构的焊缝接头形式是角接。两种焊接结构均由第一种母材和第二种母材焊接而成。

该铝合金副车架的现有设计是：第一种母材的材料为ZL114A-T6，厚度为6mm，第二种母材的材料为6061-T6，厚度为7mm，焊接电流为220A，焊接电压为22V，焊丝为直径1.2mm的ER5087焊丝，焊机型号为EWM，焊接气体为99.99％Ar，焊接速度为500-600mm/min，焊接方式为推焊，焊缝的尺寸标准为：焊缝厚度≥3mm、焊缝熔宽≥6mm、焊缝熔深≥0.6mm。

下面具体说明评判过程：

首先，焊接制作两组试板，试板的母材材料、母材厚度、焊接参数以及焊接工艺参数与铝合金副车架的现有设计一致。

焊缝参数包括焊缝的接头形式、焊缝的尺寸标准等。焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压，焊丝规格、焊机型号、焊接气体、焊接速度、焊接方式等。

具体的方案中，每组各具有两种试板，两种试板的焊缝接头形式不同，一种试板的焊缝接头形式是搭接，另一种试板的焊缝接头形式是角接，这样，能够更全面地表征铝合金副车架的焊接结构。

具体的方案中，每组都有四个试板，其中，两个为搭接试板，两个为角接试板，实际实施时，每组的试板的个数可以灵活调整，总体上，试板数量越多，评判结果的准确性越高。

具体的方案中，如图2和图3所示，搭接试板和角接试板都由一块中间板块和位于中间板块两侧的两块边侧板块焊接形成，其中，中间板块的材料为ZL114A-T6，厚度为6mm，边侧板块的材料为6061-T6，厚度为7mm。

然后，对一组的四个试板进行拉伸试验，直至四个试板的焊缝开裂，从而分别测出这四个试板的焊缝极限强度，再计算出这四个试板的焊缝极限强度占其母材极限强度(260MPa)的百分比A分别为39.7％、47％、44.0％、48.3％，再根据这四个值归纳出百分比A的通用值A1。

具体的方案中，在归纳通用值A1之前，还对这四个试板的焊缝开裂处进行切片检测，检测出这四个试板的焊缝尺寸，并将检测结果与焊缝的尺寸标准比较，以判断这四个试板的焊缝尺寸是否合格。判断发现，其中百分比A为39.7％的试板的焊缝尺寸不合格，所以，将该试板排除在归纳样本之外，以另外三个试板作为通用值A1的归纳样本。具体的，可以将这三个试板的百分比A(即47％、44.0％、48.3％)取平均，然后再将得到的平均值乘以一个安全系数得到通用值A1，安全系数的取值范围可以为0.8-0.9。本实施例中，A1取值40％。当然，也可以不乘以安全系数，而是直接将平均值作为通用值A1。

然后，将试板的母材屈服强度(220MPa)与通用值A1相乘，将乘积作为试板的焊缝屈服强度，当A1取值40％时，计算出的焊缝屈服强度为88MPa。这种等效方式获得的焊缝屈服强度比较准确。

然后，对另一组的四个试板进行拉伸试验，分别测出这四个试板的疲劳寿命G(万次)。试验中，对这四个试板施加的载荷大小不同，具体可以是四个完全不同，也可以是仅其中几个不同，这样，可以使这四个试板的工作应力占焊缝屈服强度的百分比B不同。然后，根据这四个试板对应的百分比B和疲劳寿命G，归纳出百分比B与疲劳寿命G之间的通用关系式。本实施例中，归纳出的通用关系式为：B×100＝-0.75G+97.5。

具体的方案中，在归纳通用关系式之前，还对这四个试板的焊缝开裂处进行切片检测，检测出这四个试板的焊缝尺寸，并将检测结果与焊缝的尺寸标准比较，以判断这四个试板的焊缝尺寸是否合格，检测不合格的试板不作为归纳样本。

然后，将铝合金副车架的疲劳寿命规定值G1＝35代入该关系式，求得百分比B的设计值B1＝0.7125，用上述计算出的焊缝屈服强度88MPa乘以设计值B1得出G1对应的焊缝疲劳强度为62.7MPa。

然后比较铝合金副车架焊缝处的最大工作应力和62.7MPa的大小，若最大工作应力小，则表明该铝合金副车架的焊缝疲劳强度合格，否则，则为不合格，需对铝合金副车架进行重新设计。

具体的，可以通过CAE软件对铝合金副车架进行受力分析，来得出铝合金副车架焊缝处的最大工作应力。当然，该最大工作应力也可通过试验获得，但是，相比而言，利用软件分析获得更容易一些、成本也更低。

更具体的，可以利用CAE软件对铝合金副车架进行静力分析，静力分析相比疲劳分析需要输入的参数少、准确性高。

本实施例中，分析得出该铝合金副车架焊缝处的最大工作应力为49.7MPa，小于焊缝疲劳强度62.7MPa，所以该铝合金副车架的焊缝疲劳强度合格，因此该铝合金副车架可以以现有设计投入生产。

本发明提供的焊接件的焊缝疲劳强度评判方法的评判结果准确，而且，当评判不合格时，只需要按照新设计的焊接件重新制作试板，就可以再次进行评判，试板相比焊接件结构更简单，所以制作成本更低、制作时间更短，因而，该方法借助试板来评判焊接件的焊缝疲劳强度，能够有效降低评判成本、缩短评判周期，因此，该方法适用于焊接件设计前期。

以上对本发明所提供的焊接件的焊缝疲劳强度评判方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.焊接件的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、焊接制作两组试板，试板的母材材料、母材厚度、焊缝参数以及焊接工艺参数与焊接件一致；

S2、对一组试板进行拉伸试验，以分别测出各试板的焊缝极限强度，并分别计算各试板的焊缝极限强度占其母材极限强度的百分比A，并根据计算结果归纳出所述百分比A的通用值A1；

S3、将试板的母材屈服强度与所述通用值A1的乘积作为试板的焊缝屈服强度；

S4、对另一组试板进行拉伸试验，以分别测出各试板的疲劳寿命G，试验中使各试板的工作应力不同，并分别计算各试板的工作应力占所述焊缝屈服强度的百分比B，并根据计算结果归纳出所述百分比B与所述疲劳寿命G的通用关系式；

S5、将焊接件的疲劳寿命规定值G1代入所述通用关系式，求得所述百分比B的设计值B1，用所述焊缝屈服强度乘以所述设计值B1得出G1对应的焊缝疲劳强度；

S6、比较焊接件焊缝处的最大工作应力和G1对应的焊缝疲劳强度的大小，若所述最大工作应力小，则表明焊接件的焊缝疲劳强度合格。

2.根据权利要求1所述的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，S6中，通过CAE软件对焊接件进行受力分析，来得出焊接件焊缝处的最大工作应力。

3.根据权利要求2所述的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，所述受力分析为静力分析。

4.根据权利要求1-3任一项所述的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，所述焊缝参数包括焊缝的接头形式、焊缝的尺寸标准；所述焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊丝规格、焊机型号、焊接气体、焊接速度、焊接方式。

5.根据权利要求1-3任一项所述的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，S2中，对各试板的所述百分比A取平均，将得到的平均值乘以一个安全系数得到所述通用值A1，所述安全系数的取值范围为0.8-0.9。

6.根据权利要求1-3任一项所述的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，S2和S3中，还对各试板的焊缝开裂处进行切片检测，以检测各试板的焊缝尺寸是否合格，仅将检测合格的试板作为归纳样本。

7.根据权利要求1-3任一项所述的焊缝疲劳强度评判方法，其特征在于，若焊接件具有焊缝接头形式不同的n种焊接结构，则每组试板具有焊缝接头形式不同的n种试板，所述n种试板与所述n种焊接结构的焊缝接头形式对应相同。

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