DMC展商动态：一汽大众基于AutoForm Assembly的激光焊热模型研究

激光焊相比于传统点焊方式，具有焊接表面质量高、焊接速度快、焊接后密封效果好及焊接强度高等特点，非常适合汽车制造领域内大量而连续的在线加工，其广泛应用于底盘、车顶、侧围、车门及车身总成等整车大型覆盖件的焊接中。

然而在激光焊过程中产生的复杂的高温效应，随着大功率激光热源在待焊零件上作用，待焊零件表面温度会急剧升高，随之急剧下降。巨大的温差变化使得待焊零件发生热弹性、塑形变形。本文基于AutoForm Assembly新发布的Line Welding功能，研究激光焊后后背门外板总成尺寸的影响。

2. AutoForm Assembly Line Welding激光焊模块仿真介绍

2.1 关键物理参数

AutoForm Assembly中只需简单定义三个物理参数

1)激光焊功率：

2)激光焊效率：

3)激光焊速度：

前2者是对激光焊热源的定义，3）则决定了焊接时间和冷却时间。焊接加热冷却循环中产生的热载荷及其加载时间和完成时间均通过后处理求解，与零件相关的热参数，如膨胀系数、传导率等，则默认集成于零件的材料卡中。

2.2 分析设置

分析设置大致需要经过几个步骤：

首先，需要对每个零件的料厚、料厚方向、材料模型和热参数等进行设置，本案例相关的零件导入如图1所。

图1 后背门外板相关零件

在工艺规划阶段，将确定焊接工序数量以及装配顺序，从而形成装配结构树（图2）。

图2 后背门外板总成装配工序规划

每个工序中，需设置其对应的上件顺序（如图3）、上件方向、定位及夹紧方案，保证零件在焊接工位的稳定。

图3 仿真中设置的夹紧方案

本案例中使用的连接方式包括点焊和激光焊，如图4所示。

图4 激光焊区域设置

2.3后处理过程

AutoForm Assembly R12里改进了激光焊的求解过程，通过考虑了激光焊热模型的瞬态效应，细化了整个焊接过程中由于加热冷却循环中产生的热载荷的加载，从而提高了热模型的精度，使得分析结果更接近实际。

图5 焊后变形量结果

由图5可见，在激光焊边界区域附近，该外板总成在-X向上有最大1.7mm的变形。这个结果直到最后合边完后，仍然出现在最后的总成结果上，对装车结果带来了巨大的风险。

3. 实际验证结果

实际中，后背门外板总成在激光焊后，通过在外板总成检具上经蓝光扫描可明显看到，激光焊边界区域在-X向上有明显变形，而且整体趋势和数值上均与模拟分析结果高度吻合，如图8.1和图8.2所示。

图6.1 现场外板总成扫描结果

图6.2 现场与分析比对结果

激光焊变形的结果进一步影响着合边的效果，导致合边后变形区的间隙比其他区域大，形成明显的缺陷（如图7）。

图7 后背门和后保的间隙

虚拟调试与补偿

AutoForm Assembly允许用户在焊接过程中进行虚拟垫片调整以优化尺寸偏差。本案例中，激光焊造成的尺寸偏差通过垫片调整和示教得到改善，然而，分析结果显示，过度的夹具调整量（调整量2mm）也导致了潜在的A面缺陷，如图8所示。

图 8: 虚拟夹具调整后的尺寸优化和潜在A面缺陷

基于激光焊变形结果，用户也可以在软件中直接对单件进行补偿，通过确定单件的目标几何形状，以获得最佳的装配结果，同时避免A面缺陷（图9）。

图9: 单件预变形调整

4. 结论

激光焊变形一直是白车身制造中普遍存在的问题，而克服该问题最有效的方式是对相关零件提前做变形处理。

通过应用AutoForm Assembly-Line Welding能准确的模拟激光焊接过程并预测其总成变形尺寸，为制作单件预变形数据提供数字化依据，简化单件变形数据制作流程的同时，大大降低了后期的风险，也减少了生产调试时的产品质量优化轮次，从而实现减少成本和缩短项目周期的目标。

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