基于碰撞安全性的B柱用超高强钢点焊工艺研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:benmanw
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环保、节能、安全问题已不容忽视,轻量化成为汽车行业重要发展趋势。淬火配分(Quenching&Partitioning,Q&P)钢综合力学性能优异且成本适中,适用于车身结构件和内部加强板,增强车身抵抗变形能力,具有广阔的使用前景。电阻点焊效率高、成本低、工艺可靠,是汽车主要连接方式。本文以1mm厚的Q&P980钢板为研究对象,研究了不同焊接工艺参数下电阻点焊微观组织、力学性能的变化规律,通过响应曲面法实现了焊接工艺优化。基于此,对Q&P980级B柱进行了耐撞性分析,并通过拓扑优化及插值法对B柱进行了焊点布置优化,研究了焊点布置对B柱静刚度及耐撞性影响,为Q&P980在车身上的使用提供理论基础。在焊接电流8.5kA-14.5kA,焊接时间10cycle-16cycle,电极压力1.6k N-2.4k N范围Q&P980钢实现了较好连接。焊接热输入增加,焊透率、熔核直径呈先增大后减小的趋势。点焊接头可分为熔核区(Fusion Zone,FZ)、粗晶区(Coarse Grained(CG)HAZ)、细晶区(Fine Grained(FG)HAZ)、临界区(Inter Critical(IC)HAZ)、母材区(Base Material,BM)。FZ发生再结晶,HAZ受热循环及塑性变形作用发生相变。ICHAZ生成了回火马氏体,随热源强度增加、焊接时间减小,回火马氏体含量降低。接头FZ、CGHAZ、FGHAZ组织为板条马氏体,硬度均明显高于母材,ICHAZ生成回火马氏体,发生软化。焊接热输入增加,组织粗化,硬度降低;电极压力的增加,位错增多,硬度增加;ICHAZ硬度随马氏体含量的减少而增高。熔核直径及焊透率较大时,有效结合面积增加,接头发生对称纽扣断裂;熔核直径及焊透率较小时,有效结合面积减小,接头发生纽扣断裂。随焊接参数增加,接头拉剪载荷呈先增后减的趋势。最佳焊接工艺参数为焊接时间14cycle,焊接电流12kA,电极压力2.16k N,其拉剪载荷为21.341k N,预测值残差为真实值的1.23%。通过Hyperworks及Ls-dyna对采用Q&P980级B柱的整车模型进行侧碰仿真,发现侧碰过程中,汽车的主要的承载部件为B柱,其中乘员胸部、腹部所对应的B柱结构的入侵量、入侵速度对乘员的安全威胁最大。并对B柱模型进行焊点布置优化,焊点数量减少了23.61%,结构静刚度及一阶扭转频率得到改善,碰撞性能基本保持不变,实现了车身装配成本的降低。
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