摘要：随着激光拼焊技术的成熟，汽车门内板、梁类件等零件应用越来越广泛。激光拼焊板焊缝强度一般采用杯突实验进行检验。由于激光拼焊板较多为差厚板，与杯突实验有所差异，为提高检验激光拼焊板杯突实验精度，研究了符合激光拼焊板差厚状况的实验方法，从而更好地符合冲压实际工况。
关键词：汽车零部件，激光拼焊，杯突实验，精度
Auto parts，Tailor- welded Blanks，Erichsen Test，Accuracy
一、引言
杯突实验（埃里克森实验），与冲压成形有较接近的比对性，因此被广泛应用于激光拼焊板焊缝强度检测。随着激光拼焊技术的成熟，汽车门内板、梁类件等零件应用越来越广泛，激光拼焊零件出现冲压开裂的比例也呈上升趋势。由于激光拼焊板较多为差厚板，与杯突实验有所差异（冲头、夹具等均按等厚板设计），因此传统杯突实验值与实际杯突实验值也有一定的差异。为修正此差异，降低激光拼焊焊缝冲压开裂的情况并对冲压成形做更好的指导作用，有必要对提高激光拼焊板杯突实验精度做相应的研究。
二、杯突实验模拟分析
（1）杯突实验原理：将一个端部为球形的冲头（直径一般为⌀20±0.05mm）对着一个被加紧在垫模和压模内的试样进行冲压成形一个凹痕，直到出现一个穿透裂纹，依据冲头位置测得的凹痕深度即为实验结果。
（2）杯突实验条件：通常，杯突实验在10℃~35℃温度范围内进行，而通常杯突实验设备冲头与垫模均按等厚板设计，而激光拼焊板多为差厚板（厚度差一般在0.1~1.0mm之间）。
（3）杯突实验模拟分析：通过有限元模拟仿真方法，对激光拼焊板杯突实验过程进行模拟分析。从分析结果可以看出，开裂的危险区域都出现在靠近焊缝的薄板一侧，厚板与薄板两侧板材变形不均匀，焊缝向厚板侧移动，薄板侧存在变形不充分的区域，两侧板材厚度的变化都与相同厚度的板材成形厚度变化不一致。
（4）提高杯突实验精度设想：通过以上模拟分析，根据激光拼焊板杯突实验特点，制造专用杯突实验专用夹具，根据不同厚度差，杯突设备垫模以直径为对称中心，其中一面降低与厚度差相同的高度。
三、实验结果与分析
选取使用量较大的激光拼焊门内板作为实验零件，选取CR 0.7/1.4mm 、GA 0.7/1.4mmGI 0.7/1.4mm三种厚度与材质零件，针对三种厚度设计与制造了三种专用夹具。
（1）杯突实验情况：实验设计中，每类实验取5组数据平均值作为比较值，6类实验合计30个试样分别进行杯突实验（数据见表1.）。从数据可以看出，采用专用夹具与普通夹具进行杯突实验，数据有不同程度的变化，其中冷轧材料变化比为1%，变化不大；镀锌材料（锌铁合金、纯锌）变化比分别为9%和8%，变化较为明显。
图1.激光拼焊板几何模型
图2.激光拼焊板模拟分析结果
表1 三种零件杯突实验记录表
（2）其他实验情况：测量焊缝减薄率与焊缝移动量（采用专用夹具实验，数据见表2.）并与模拟分析数据进行对比，采用专用夹具减薄率、焊缝移动量实际测量值比模拟分析值要小，更接近实际情况。观察杯突实验穿透裂纹形貌可以看到开裂的危险区域，都出现在靠近焊缝的薄板一侧，厚板与薄板两侧板材变形不均匀，焊缝向厚板侧移动。采用普通夹具实验中，薄板侧存在变形不充分的区域；采用专用夹具实验中，厚板与薄板两侧的变化移动量相对较小。
表2 三种零件板材减薄率、焊缝移动量实验记录表
四、结论
(1)采用专用夹具进行杯突实验值精度更高，更接近于实际情况；冷轧材料变化不明显，镀锌材料变化比较明显；
(2)研究中也说明了不等厚激光拼焊板在冲压过程中两侧板材变形不均匀 ，焊缝向厚板侧移动，成形性能有所降低，工艺设计时应予以考虑避免冲压开裂。
论文作者:邵炽雄
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/11
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