铝合金车身角焊缝连接仿真建模与损伤分析
目 录
1 引言 1
1.1国家汽车行业的发展 1
2 国内外研究的发展概况 2
2.1传统焊接工艺 2
2.2金属铝合金焊接新手法 3
3 焊接资料 4
3.1焊缝类型介绍 4
3.2各种焊缝类型在铝合金焊接上的应用 4
3.3角焊缝的定义 5
4 焊接计算 6
4.1 影响熔核长度的因素 6
4.2 样品焊接强度分析 6
4.3 proe仿真建模步骤 9
4.4 ansys损伤分析及步骤 12
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1.1国家汽车行业的发展
一个国家汽车行业的发展关系到国家经济经济发展，国家能源安全和环境保护，以及人们生活水平。汽车业的发展在社会发展中发挥着越来越重要的作用。而对于汽车制造来说，节能减排，提高燃油经济性等，都迫切得要求应用轻型材料以减轻车身重量。自从汽车被发明以来，人们就一直从事汽车车身轻量化等相关行业的研究，现代汽车的材料也日益向轻量化。汽车轻量化已成为各大汽车厂商特别注重和改进的方面。车身轻量化在减轻油耗、减轻污染、减轻成本、减轻车身自重等方面有着重要的作用，是汽车厂商提高行业竞争力，提高利润，降低成本的重要手段。汽车轻量化的发展使得许多新型材料飞速发展。
1.2 能源与汽车制造业
汽车制造业中金属铝合金的应用。金属铝合金材料在汽车制造业中得到了广泛的使用。广泛的使用后形成的优势主要有。轻量化,减轻车重的手法有：轻质材料的应用(比如金属镁合金、铝合金、塑料等)和优化汽车设计的结构制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
造。迄今为止，金属铝合金的应用可以降低燃料成本，提高材料回收率和利用率。尤其在节能方面表现显著。行驶阻力的减轻传动机构自身效率的改善和发动机效率的提高汽车质量的减轻等是燃油消耗率减轻的主要方式。汽车质量的减轻又是这些方法中颇为有效的，为了实现这一目标，可以广泛进行金属铝合金的使用。减轻重量后的汽车，汽车平顺性、行驶稳定、安全性能等，都有明显的提升。因为铝合金材料受力后易变形，在发生车祸或者碰撞时车架能够很好的吸收和分散撞击形成的冲击力，有效的降低撞击伤害，有效的保护车内人员的生命安全。有效地提高汽车的安全性。铝合金材料的特性之一是密度小。金属铝合金，高强度和刚度，弹性，良好的耐腐蚀性，良好的耐冲击性，高耐磨性，高导电性，导热性，表面颜色再现，高回收率和良好的性能，金属铝在整个行业中属于汽车行业的未来。铝合金车用金属板的力学性能优良，是目前主要的汽车轻量化板材。汽车制造业中的金属铝合金。汽车制造业中广泛的金属铝合金材料，主要体现在以下几个优势。汽车的重量的减轻在汽车减排方面的表现优异，如可以减轻氮化物和硫化物的排放量，环境污染大大减轻。汽车行驶稳定性，提高乘客的舒适度和安全性。当铝合金的金属结构吸收冲击时，有更多的能量，更好的安全性和舒适性。
2 国内外研究的发展概况
如今，金属铝合金焊接的手法有：等离子弧焊、MIG焊、TIG焊等。这些焊接工艺在铝合金焊接中都有广泛合理的应用，而且技术成熟，各有优点。但是创新永远是社会的重要生产力，铝合金焊接技术也是如此，只有不断提高铝合金焊接工艺和技术创新，才能不断提高焊接焊缝的品质，提高焊件的稳定性，提升其作为商品的价值。
2.1传统焊接工艺
2.1.1双焊接枪TIG焊
双焊接枪TIG焊是在美国国家科技基金和肯塔基大学的机器人及制造系统中心1998年支持下研究出的一种焊接方。双焊接枪TIG焊的优势在于，首先，它不需要使用焊丝，即在焊接过程中的焊接流程得以化简，焊接难度降低，工人的工作量大大降低。其次，由于是双焊枪焊机技术，双焊接枪TIG焊在焊接过程中，焊件的两个表面都受到焊枪的热作用，这一方面可以使得焊接过程中焊件的受热量更充分，熔池中的金属铝合金得以充分如何混合，可以有效提高焊缝的焊接品质，从而提高汽车的安全性。另一方面，双焊接枪TIG焊不仅使得焊缝温度提高，而且由于双焊接枪TIG焊在焊接过程中是同时对焊件的两面同时焊接，折旧使得焊接的效率大大提高，焊接速度提高一倍之多。这使得汽车厂商在这个成本不断提高，竞争日益激烈的市场中可以有效压缩产品生产周期，降低成本，提高企业竞争力。
2.1.2高能束焊接技术
高能束焊接技术包括电子束焊，激光焊。高能束焊接技术的优点主要有：首先，由于高能束焊接技术使用的是能量较高的热源对工件进行加工的，这使得焊缝加热到熔化温度的时间大大缩短，在焊接过程中焊接速度显著提高。这使得汽车厂商在这个成本不断提高，竞争日益激烈的市场中可以有效压缩产品生产周期，降低成本，提高企业竞争力。其次，高能束焊接技术由于焊接温度高，焊接深度明显加深，使得焊接过程中焊件的受热量更充分，熔池中的金属铝合金得以充分如何混合，可以有效提高焊缝的焊接品质，从而提高汽车的安全性。另外，高能束焊接技术由于它焊接束高能量，可以用于焊接哪些焊接工件较厚的铝合金焊接中。但是，高能束焊接技术目前也存在着对铝合金进行焊接时，焊接能量的反射非常严重，也就是说焊接件对高能束能量的吸收率不高，这使得我们在焊接的过程中不得不使用更高能量的焊接束以抵消反射的能量消耗。焊接过程中容易造成的缺点有焊接缝未焊透、夹渣、气孔等，让焊接缝原料疏松或产生金属裂纹，严峻影响了商品功能及品质。所以一定要有严格的商品品质功能要求和防御措施来加以保障。
2.2金属铝合金焊接新手法
2.2.1激光-TIG复合焊接
激光焊接的优点在于，它可以产生较高的电流密度，使得焊接电弧的产生更加稳定，为焊接提供稳定高效的热量源，由于高能束焊接技术使用的是能量较高的热源对工件进行加工的，这使得焊缝加热到熔化温度的时间大大缩短，在焊接过程中焊接速度显著提高，而且具有焊速快、熔深大、成本低的特点。激光焊接与TIG电弧的复合使用有助于实现二者焊接电弧的同轴复合特性。激光-TIG复合焊接所使用的焊接电流一般为低电流的直流电源，这种焊接工艺的优点在于：首先，可以增加电弧的有效弧长，使得焊接时的焊接速度得到有效提高。与此同时，激光焊接的优点也得以展示，可以利用较高能量的激光束将焊接件的焊接部分有效且深度的熔化，增大焊池的范围，使得焊池内的金属充分溶解混合，提高焊缝质量，从而在本质上提升汽车产品的品质。另外，激光-TIG复合焊接也有其适用的最优焊接范围，目前而言，这种焊接工艺主要应用于金属铝合金的薄板高速焊接。
2.2.2激光-MIG复合焊接
激光-MIG复合焊接中的MIG电弧的优点主要体现在下列的几点上：首先，焊接铝合金工件时，由于铝合金本身的性质特点，使得金属铝合金在空气中存放一段时间后，在合金表面或形成一层致密的氧化保护层，又名氧化铝。氧化铝的特点是，密度高、化学性质极其稳定，而且熔点较铝合金高出很多。【10】这就使得在金属铝的焊接初期，要求工件表面要达到的焊接稳定温度要远远高于焊接铝合金本身的温度，而MIG电弧焊就可以很好的解决这一问题。另外，MIG电弧焊由于焊接温度的提升，焊接过程中焊件的受热量更充分，熔池中的金属铝合金得以充分如何混合，可以有效提高焊缝的焊接品质，可以有效避免铝合金焊接过程中容易反复出现的缝未焊透、夹渣、气孔等，让焊接缝原料疏松或产生金属裂纹，严峻影响了商品功能及品质的问题。
1 引言 1
1.1国家汽车行业的发展 1
2 国内外研究的发展概况 2
2.1传统焊接工艺 2
2.2金属铝合金焊接新手法 3
3 焊接资料 4
3.1焊缝类型介绍 4
3.2各种焊缝类型在铝合金焊接上的应用 4
3.3角焊缝的定义 5
4 焊接计算 6
4.1 影响熔核长度的因素 6
4.2 样品焊接强度分析 6
4.3 proe仿真建模步骤 9
4.4 ansys损伤分析及步骤 12
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1.1国家汽车行业的发展
一个国家汽车行业的发展关系到国家经济经济发展，国家能源安全和环境保护，以及人们生活水平。汽车业的发展在社会发展中发挥着越来越重要的作用。而对于汽车制造来说，节能减排，提高燃油经济性等，都迫切得要求应用轻型材料以减轻车身重量。自从汽车被发明以来，人们就一直从事汽车车身轻量化等相关行业的研究，现代汽车的材料也日益向轻量化。汽车轻量化已成为各大汽车厂商特别注重和改进的方面。车身轻量化在减轻油耗、减轻污染、减轻成本、减轻车身自重等方面有着重要的作用，是汽车厂商提高行业竞争力，提高利润，降低成本的重要手段。汽车轻量化的发展使得许多新型材料飞速发展。
1.2 能源与汽车制造业
汽车制造业中金属铝合金的应用。金属铝合金材料在汽车制造业中得到了广泛的使用。广泛的使用后形成的优势主要有。轻量化,减轻车重的手法有：轻质材料的应用(比如金属镁合金、铝合金、塑料等)和优化汽车设计的结构制 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
造。迄今为止，金属铝合金的应用可以降低燃料成本，提高材料回收率和利用率。尤其在节能方面表现显著。行驶阻力的减轻传动机构自身效率的改善和发动机效率的提高汽车质量的减轻等是燃油消耗率减轻的主要方式。汽车质量的减轻又是这些方法中颇为有效的，为了实现这一目标，可以广泛进行金属铝合金的使用。减轻重量后的汽车，汽车平顺性、行驶稳定、安全性能等，都有明显的提升。因为铝合金材料受力后易变形，在发生车祸或者碰撞时车架能够很好的吸收和分散撞击形成的冲击力，有效的降低撞击伤害，有效的保护车内人员的生命安全。有效地提高汽车的安全性。铝合金材料的特性之一是密度小。金属铝合金，高强度和刚度，弹性，良好的耐腐蚀性，良好的耐冲击性，高耐磨性，高导电性，导热性，表面颜色再现，高回收率和良好的性能，金属铝在整个行业中属于汽车行业的未来。铝合金车用金属板的力学性能优良，是目前主要的汽车轻量化板材。汽车制造业中的金属铝合金。汽车制造业中广泛的金属铝合金材料，主要体现在以下几个优势。汽车的重量的减轻在汽车减排方面的表现优异，如可以减轻氮化物和硫化物的排放量，环境污染大大减轻。汽车行驶稳定性，提高乘客的舒适度和安全性。当铝合金的金属结构吸收冲击时，有更多的能量，更好的安全性和舒适性。
2 国内外研究的发展概况
如今，金属铝合金焊接的手法有：等离子弧焊、MIG焊、TIG焊等。这些焊接工艺在铝合金焊接中都有广泛合理的应用，而且技术成熟，各有优点。但是创新永远是社会的重要生产力，铝合金焊接技术也是如此，只有不断提高铝合金焊接工艺和技术创新，才能不断提高焊接焊缝的品质，提高焊件的稳定性，提升其作为商品的价值。
2.1传统焊接工艺
2.1.1双焊接枪TIG焊
双焊接枪TIG焊是在美国国家科技基金和肯塔基大学的机器人及制造系统中心1998年支持下研究出的一种焊接方。双焊接枪TIG焊的优势在于，首先，它不需要使用焊丝，即在焊接过程中的焊接流程得以化简，焊接难度降低，工人的工作量大大降低。其次，由于是双焊枪焊机技术，双焊接枪TIG焊在焊接过程中，焊件的两个表面都受到焊枪的热作用，这一方面可以使得焊接过程中焊件的受热量更充分，熔池中的金属铝合金得以充分如何混合，可以有效提高焊缝的焊接品质，从而提高汽车的安全性。另一方面，双焊接枪TIG焊不仅使得焊缝温度提高，而且由于双焊接枪TIG焊在焊接过程中是同时对焊件的两面同时焊接，折旧使得焊接的效率大大提高，焊接速度提高一倍之多。这使得汽车厂商在这个成本不断提高，竞争日益激烈的市场中可以有效压缩产品生产周期，降低成本，提高企业竞争力。
2.1.2高能束焊接技术
高能束焊接技术包括电子束焊，激光焊。高能束焊接技术的优点主要有：首先，由于高能束焊接技术使用的是能量较高的热源对工件进行加工的，这使得焊缝加热到熔化温度的时间大大缩短，在焊接过程中焊接速度显著提高。这使得汽车厂商在这个成本不断提高，竞争日益激烈的市场中可以有效压缩产品生产周期，降低成本，提高企业竞争力。其次，高能束焊接技术由于焊接温度高，焊接深度明显加深，使得焊接过程中焊件的受热量更充分，熔池中的金属铝合金得以充分如何混合，可以有效提高焊缝的焊接品质，从而提高汽车的安全性。另外，高能束焊接技术由于它焊接束高能量，可以用于焊接哪些焊接工件较厚的铝合金焊接中。但是，高能束焊接技术目前也存在着对铝合金进行焊接时，焊接能量的反射非常严重，也就是说焊接件对高能束能量的吸收率不高，这使得我们在焊接的过程中不得不使用更高能量的焊接束以抵消反射的能量消耗。焊接过程中容易造成的缺点有焊接缝未焊透、夹渣、气孔等，让焊接缝原料疏松或产生金属裂纹，严峻影响了商品功能及品质。所以一定要有严格的商品品质功能要求和防御措施来加以保障。
2.2金属铝合金焊接新手法
2.2.1激光-TIG复合焊接
激光焊接的优点在于，它可以产生较高的电流密度，使得焊接电弧的产生更加稳定，为焊接提供稳定高效的热量源，由于高能束焊接技术使用的是能量较高的热源对工件进行加工的，这使得焊缝加热到熔化温度的时间大大缩短，在焊接过程中焊接速度显著提高，而且具有焊速快、熔深大、成本低的特点。激光焊接与TIG电弧的复合使用有助于实现二者焊接电弧的同轴复合特性。激光-TIG复合焊接所使用的焊接电流一般为低电流的直流电源，这种焊接工艺的优点在于：首先，可以增加电弧的有效弧长，使得焊接时的焊接速度得到有效提高。与此同时，激光焊接的优点也得以展示，可以利用较高能量的激光束将焊接件的焊接部分有效且深度的熔化，增大焊池的范围，使得焊池内的金属充分溶解混合，提高焊缝质量，从而在本质上提升汽车产品的品质。另外，激光-TIG复合焊接也有其适用的最优焊接范围，目前而言，这种焊接工艺主要应用于金属铝合金的薄板高速焊接。
2.2.2激光-MIG复合焊接
激光-MIG复合焊接中的MIG电弧的优点主要体现在下列的几点上：首先，焊接铝合金工件时，由于铝合金本身的性质特点，使得金属铝合金在空气中存放一段时间后，在合金表面或形成一层致密的氧化保护层，又名氧化铝。氧化铝的特点是，密度高、化学性质极其稳定，而且熔点较铝合金高出很多。【10】这就使得在金属铝的焊接初期，要求工件表面要达到的焊接稳定温度要远远高于焊接铝合金本身的温度，而MIG电弧焊就可以很好的解决这一问题。另外，MIG电弧焊由于焊接温度的提升，焊接过程中焊件的受热量更充分，熔池中的金属铝合金得以充分如何混合，可以有效提高焊缝的焊接品质，可以有效避免铝合金焊接过程中容易反复出现的缝未焊透、夹渣、气孔等，让焊接缝原料疏松或产生金属裂纹，严峻影响了商品功能及品质的问题。
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