sorpas软件在电阻焊参数确定中的应用

sorpas软件在电阻焊参数确定中的应用成起1,石碧亮2（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，西安710200）[摘要]本文介绍了电阻焊软件SORPAS的基本功能和原理，阐述了软件两种使用方式及其优点，为工程师介绍了一种高效、准确、实用的电阻焊分析优化工具。通过有效软件仿真分析，可节约大量时间和成本。关键词：电阻焊；优化；分析；车身TheapplicationofSorpasthroughResistanceWeldingParameter

OptimizationChengQi1,ShiBiliang2ShannXiAutomobileCompanyLtd.AutomobileEngineeringAcademeAddress[Abstract]ThispaperintroducedthefunctionandtheprincipiumofthesoftwarenamedSORPAS,expatiatedthetwomethodsofusingthesoftware,andtellreadersit’sadvantages.RecommendengineersanefficientandprecisionandusefultoolforResistanceWeldinganalysisandOptimization.Keywords:ResistanceWelding;Optimization;analysis;body1.sorpas软件简介sorpas是一个专业分析电阻焊的软件。目前已经被应用于工业领域（汽车、钢材、焊接设备、电子及其他金属工艺）的工程师和高等院校的研究中。主要用于材料可焊性的分析和评估、电极的选择以及焊接参数的选择和优化，同时对于改进焊接质量、降低成本、改善车间环境也有着很重要的应用。软件可以模拟两层及多层钢板的电阻点焊、螺母及螺栓的凸焊、滚焊、带间隙的电阻点焊、单面焊、电极偏心（倾斜）、包边焊、丝焊、轮辋对焊、铆接等形式的焊接。软件界面简单，操作流程是单线的，不需要复杂的培训就可上手使用。（如图1）友好的图形化交互界面是工程师自己设计出来而供同行使用，因此，它更易于工程人员学习和使用。根据以往用户的习惯，1〜2天的学习和使用即可以让工程师达到预期的使用水平。软件报告的多样化。根据用户各自不同的需求，软件可以提供各种分析报告，这些报告能给我们提供一目了然的信息，为工程师做出判断和决策提供了有力的帮助。图1图形化的输入界面及自动生成单元格软件的理论基础sorpas软件的开发是建立在有限元模型分析（FEM）、力学、电学、冶金学及大量实际试验数据积累的基础上的。它可以模拟材料（从1层到多层的不同层数）在电极不同压力及通有不同电流的情况下的熔核形成过程。可以预估板材在通电、加压的情况下的飞溅情况。其基本原理是物力学里的Q=I2Rt。式中Q——产生的热量（J）I——焊接电流（A）R——电极间电阻（。）T焊接时间（s）其中电流I主要由焊接电源决定，不同的焊接电源及设置可以实现不同波形的电流，在软件中可以通过选择电流的波形、上升时间、持续焊接时间、下降时间等参数来分别设置。电阻R主要包括电极的电阻和工件的电阻。工件的电阻影响因素主要有每层板厚材料自身的电阻、涂层的电阻、板材之间的接触电阻、板材与电极之间的接触电阻等。电极的电阻在分析中主要用来判断电极自身的发热情况，主要由上、下电极的材料和电极的形状来决定。（如图2）其中每个部分的材料都可以单独设置。材料在通电后产生电阻热对材料本身产生冶金效应，软件可以模拟加热及冷却过程中不同阶段的微观组织及最终冷却后等全过程状态的变化。图2电极之间的电阻组成（R1/R2板材电阻、R3电机与板材之间的电阻、R4板材之间的电阻）时间t主要包括焊接时间和非焊接时间。其中非焊接时间又分为预压和保压时间。不同的预压及保压时间对焊接强度及飞溅等都有显著的影响。另外软件也有分析焊点形状及压痕及裂纹趋势的功能。在设置好板材及电极信息后软件会自动将它们划成我们想要精细程度的平面单元格，由于平面单元格数据量较小，因此软件的运算速度非常快，软件内部将划好的平面单元格转换为实际的立体数据进行运算。在焊接的不同阶段，不同的温度下材料的硬度及屈服强度不同，在施加设置压力的时候，会产生一定的变形，最终冷却就形成了我们看到的焊痕，由于存在残余应力，因此焊点也存在裂纹的可能，这在软件中也可以进行预估（如图3）。同时在软件中可以设置冷却水的流量等信息，可以让模拟分析更为接近实际。图3裂纹及飞溅风险因素分析软件中四个重要的数据库。在软件的主菜单中有四个重要的数据库：材料库、电极库、板材库、焊机库，工程师可以通过编辑、修改、添加数据到库文件中。材料库：包括焊接材料、涂覆材料（常用的如镀铜、镀锌、镀铭等）及一些非金属材料（如油漆、防锈漆、拉延油等）在不同温度下的电阻、屈服强度、抗拉压强度、比热容、泊松比、硬度、熔点等。电极库:存储了常用的电极截面几何形状。常用的电极包括点焊和凸焊电极。电极的形状中可以设置电极本体和冷却管道的空间。另外用户可以自定义自己想要设计的电极形状。（如图4）板材库：库中包括常用板材的长度、厚度、宽度等尺寸信息。焊机库：软件中预制了常用的焊机（交流、直流、逆变、储能等）。图4电极库中的自定义电极形状及尺寸设置界面软件的两种主要使用方法及其输出报告自动优化。这种运算方法使用在要确定的产生以前没有任何可供参考的历史数据的情况下。运算流程：1、在软件中设置实际所要预估的板材的材料信息（板材层数，次序、每层的厚度、材料、涂层）；电极信息（电极形状、材料、是否冷却）；所需要的焊核直径；焊机信息（可选）；2、软件经过计算给出推荐的电流、压力机焊接时间。软件给出的参数可以作为初始数据的输入，后期在此基础上可以进行进一步优化改进。指定优化。对于电阻焊的模拟，用户可以指定焊接电流、焊接压力、焊接时间其中一项不便，让软件计算其它两个参数变化下的焊接过程，最终得出其它两个参数在取不同值时的可焊性。指定优化最终可以输出可焊性窗口，窗口中为工程师提供了可供参考的电流、压力、焊接时间与焊点直径或焊点拉应力的关系图并以图形化给出可供用户选择的可焊区间（如图5），绿色区间即为用户可选择的参数、黑色及以前为参数过小、红色及以后为参数过大这些参数在设定时应首先被排除在外；另外也可以得出各种焊接增长曲线。（如图6）

WOOA9)OWOOA9)OEQP-OAA图5可焊性窗口（图示为焊点直径与电流与焊接时间的关系）图6焊接增长曲线（焊接时间与其它参数的关系，图示为与焊核温度的关系）直接模拟。是由工程师输入目前可供参考的参数，使用软件模拟，分析其最终焊接强度、焊核、裂纹趋势及焊接过程中是否可能发生飞溅。给工程师提供优化改进的参考数据。主要用在已有参数优化和与现有材料类似的焊接参数确定工作中。另外也可以给定部分参数，让软件来计算其它部分的推荐参数。工作流程：除了要输入自动优化要输入的信息外，还需要输入预先设定的压力信息（压力大小、预压及加压时间）；电流信息（波形、上升时间、焊接时间、下降时间等）；软件会根据设定的参数进行模拟，并生成焊接过程报告（如图7），报告中可查看焊接过程中任意时间的电极及板材温度分布图、飞溅的形成过程、板材的变形过程、焊核变化过程等信息（熔深、焊核直径、焊接变形等可以通过软件提供的工具来测量具体数值）。

WeldPlanninQReport图7焊接模拟报告WeldPlanninQReport图7焊接模拟报告5.结束语电阻焊由于其有可靠性高、效率高、成本低、外观美观、对空气的污染小等优点，目前大部分汽车车身焊接使用率达到90%以上，其它工业领域也多有使用。而焊接参数的优化对于改善焊接质量、降低能耗及减小飞溅对工人的伤害是很有必要