[发明专利]差厚激光拼焊板成形极限图的建立和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及板料成形加工领域，涉及差厚激光拼焊板失效判据的建立和使用方法，主要用于准确判断差厚激光拼焊板的颈缩或破裂，评价其成形性能。

背景技术

差厚激光拼焊板是指将两块不同厚度的薄板材料在落料后、冲压成形前采用激光焊接在一起，以满足不同部位零件的性能厚度等要求。差厚激光拼焊板具有减轻车身重量、提高安全性、降低制造成本等众多优势，目前已在欧、美、日各大汽车厂的整车制造中得到广泛应用，国内一汽奥迪A6的前地板、上海大众的Polo轿车中央通道也采用了激光拼焊板进行冲压生产。

由不均匀变形引起的颈缩或破裂是差厚激光拼焊板的成形难题。为了得到所需形状，人们迫切需要了解差厚激光拼焊板的成形性能，判断其在成形过程中何时、何处会发生失效，从而采取措施加以避免。如何准确判断差厚激光拼焊板的失效，有效评价其成形性能成为汽车和钢铁工业界十分关心的问题。

成形极限图(Forming limit diagram，简称FLD)能反映板材在不同应变状态和成形工作模式下的可变形程度，是评价其成形性能最直观、有效的方法。由于母材性质差别、焊缝的存在改变了板材的均匀性和连续性，传统单一板的FLD已不适于描述差厚激光拼焊板的成形极限，工程中迫切需要准确建立差厚激光拼焊板的FLD，以正确、有效地评价其成形性能。

国内外学者对差厚激光拼焊板成形极限图的建立和使用方法已进行了一些探索。目前差厚激光拼焊板成形极限图的建立和使用方法主要有：

1)仅考虑拼焊板中焊缝材料的成形极限，将焊缝的成形极限曲线(Forminglimit curve，简称FLC)作为拼焊板的失效判据。采用M-K理论，引入Hosford’1979屈服准则，结合焊缝材料的性能参数计算获得焊缝的FLC；M-K理论中所需初始不均度值f₀通过对焊缝材料的单拉极限应变值(ε₁，ε₂)样本进行统计分析获得；(ε₁，ε₂)样本通过对仅包含焊缝材料的微型试件进行单拉试验测得。

将焊缝材料的FLC作为拼焊板的失效判据仅能判断焊缝失效，无法反映拼焊板母材的失效；将焊缝分割出来单独研究其成形极限，无法反映焊缝与热影响区部位的实际成形特点。

2)将焊接区(包括焊缝和热影响区)、拼焊前母材的FLC组合成拼焊板的成形极限图；拼焊前母材的FLC采用经验公式计算获得，焊接区的FLC通过半球凸模胀形试验建立。其使用方法为：当焊缝位于高应变区时，采用焊接区的FLC判断失效；当焊缝远离高应变区时，采用拼焊前母材的FLC判断失效。

这种方法仅能判断焊接区材料、拼焊前母材的失效，而无法反映拼焊后母材的失效；在拼焊板成形极限试验中，焊接区材料的颈缩现象难以捕捉，难以获得稳定的试验结果。

3)仅考虑拼焊后薄侧母材的成形极限，仅用拼焊后薄侧母材的FLC判断拼焊板的失效。拼焊后薄侧母材的FLC通过试验法和理论计算法获得，试验法是通过半球凸模胀形试验建立拼焊后薄侧母材的FLC；理论计算法有：(1).考虑应变速率敏感指数m的影响，假设存在包含拼焊板薄、厚母材性质的本构关系，推导拼焊后薄侧母材FLC的计算公式；(2).将各向异性损伤模型引入Ls-Dyna仿真软件，对拼焊板成形极限试验进行仿真，结合损伤集中失稳准则计算获得拼焊后薄侧母材的FLC。

将拼焊后薄侧母材的FLC作为失效判据仅能判断拼焊后母材的失效，无法反映焊接区材料的失效；拼焊板成形极限图的试验制作过程十分繁杂，且受到试验条件和测量方法的影响，难以获得稳定的试验数据。

如上所述，目前差厚激光拼焊板成形极限图的建立和使用方法均存在局限性，工程中迫切需要准确建立差厚激光拼焊板成形极限图，以正确、有效地评价其成形性能，从而在实际冲压生产中起到指导作用。本发明就是在这种背景下产生的。

发明内容

针对目前差厚激光拼焊板成形极限图建立、使用方法存在的局限性，本发明提供一种差厚激光拼焊板成形极限图的建立和使用方法，用于准确判断差厚激光拼焊板的颈缩或破裂，有效评价其成形性能。

本发明综合考虑焊接区材料、拼焊后薄侧母材的失效，将焊接区材料、拼焊后薄侧母材的FLC组合建立差厚激光拼焊板的成形极限图。本发明采用以下技术方案来实现：