SORPAS-焊接模拟仿真软件
Sorpas介绍 2D.welding 2D.joining 3D.welding 3D. testing 2D3D.link 解决方案

SORPAS®概念

         SORPAS®是一个专用的有限元分析(FEA/FEM)软件,可用于电阻焊、机械连接和相关工艺的模拟和优化。SORPAS®旨在将焊接工程专业知识与计算机模拟仿真技术结合,为研究电阻焊和铆接的工程师们提供最专业、最易用的分析软件。

SORPAS®可用于模拟

  • 点焊
  • 凸焊
  • 缝焊
  • 铆接、SPR
  • 焊接/铆接强度

SORPAS®主要应用领域

  • 汽车工业
  • 航空航天
  • 电气/电子
  • 轨道交通
  • 机械和金属加工

 

在焊接前确保每个焊点都是最佳的

         找到良好参数的工艺窗口是实现最佳焊接质量的焊接计划、工艺控制和生产维护的关键。SORPAS®的工艺优化和Excel批量处理功能可用于预测提高焊接质量、提高生产稳定性和减少飞溅。

SORPAS 2D.welding模块

         SORPAS®是一款用于电阻焊接模拟和工艺优化的专业软件。工程师不需要任何数值模拟方面的先验知识就可以很容易地学习和使用它。焊接专业知识与数字技术的相结合,使SORPAS®成为协助工程师在工业中直接工作的独特而强大的工具。

         SORPAS®的内置材料数据库几乎包括了所有的常用金属材料,包括了所有类型的钢、铝合金、钛合金、铜合金、镍基合金、表面涂层材料、纯金属和钨、钼等高熔点金属等等,用户也可以向库中添加自己的材料。软件还可模拟不同电源的焊机(包括交流、直流、变流和电容器放电)和不同尺寸(从普通尺寸mm到微尺寸μm)的焊接件。

 

解决方案

Excel批量处理

SORPAS为多焊接点的焊接工艺参数优化提供的一种有效方法

智能焊接规划

全自动的焊接规划功能,优化焊接参数并预测焊接飞溅

工艺优化

通过生成焊接增长曲线及焊接窗口来进行焊接工艺优化分析

生产维护

通过对SORPAS焊接过程的仿真,识别问题,提高焊接效果

材料可焊性

在研究和生产过程中,SORPAS已被用作评估材料可焊性的有力工具

焊接质量

为了预测焊接质量,SORPAS模拟了焊接熔核形成、微观组织和硬度、焊接强度试验

 

优势

  • 节约成本
  • 缩短工期/研发时间
  • 加速生产磨合
  • 提高焊接质量
  • 提高生产稳定性
  • 促进创新
  • 技术现代化

应用

SORPAS®已应用于各行各业,解决点焊、凸焊、对焊和微电阻焊等问题,并支持研发和工艺参数优化。

  • 评估材料的可焊性
  • 评估连接件搭接关系
  • 辅助电极帽设计
  • 优化焊接工艺
  • 预测焊接窗口和焊接增长曲线
  • 优化工艺参数设置
  • 确定焊接和冷却参数
  • 焊接问题跟踪

 

案例

点焊:

低碳钢、高强度低合金钢和双相钢板的三片式点焊模拟

凸焊:

钢板上的方螺母凸焊模拟,显示了凸焊塌陷后的焊熔核

对焊:

对焊全过程进行模拟

平行间隙焊:

钛合金薄板与基板平行间隙焊(微电阻焊)的模拟

 

模拟报告

         每次模拟后,SORPAS®都将生成一份模拟报告,以供记录。

         上图是点焊模拟的典型报告。上半部分显示了焊接工况,包括材料组合、电极和工件的几何结构以及焊接工艺参数设置。在下半部分,用选定的工艺参数曲线显示了主要的模拟结果,最终的温度分布和熔核尺寸。

SORPAS 2D.joining模块

         SORPAS 2D.joining可模拟多种连接方式,如:铆接、自冲铆接(SPR)、钳铆、盲铆和粘合剂连接。标准数据库中含有一些常用材料和铆钉的规格、参数,用户也可以将要使用的铆钉型号、参数加入数据库。

功能

  • 自适应网格划分
  • 断裂和开裂
  • 摩擦
  • 表面涂层
  • 接触建模

应用

  • 铆接
  • 钳铆
  • 盲铆
  • 自冲铆接
  • 使用粘合剂

 

机械连接类型

自冲铆接(SPR)模拟

自冲铆接过程模拟:

  • 非线性大塑性变形
  • 自适应网格再划分
  • 接触式摩擦型建模
  • 板件断裂

铆接模拟

钳铆过程模拟:

  • 非线性大塑性变形
  • 自适应网格再划分
  • 接触式摩擦型建模

拉铆模拟

拉铆过程模拟:

  • 非线性大塑性变形
  • 自适应网格再划分
  • 接触式摩擦型建模
  • 板件断裂

实心铆钉模拟

实心铆钉过程模拟:

  • 非线性大塑性变形
  • 自适应网格再划分
  • 接触式摩擦型建模

SORPAS 3D.welding模块

         SORPAS 3D.welding模块通过快速构建和运行3D模型、设置焊接参数、设置电极和工件的移动来模拟更为复杂的焊接模型。

         SORPAS 3D在SORPAS 2D的材料数据库和机器数据库的基础上,增加了两个用于存储和加载电极和工件的六面体网格对象的3D模型数据库。

 

应用

长条凸焊模拟

单面板管焊模拟

SORPAS 3D. testing模块

         SORPAS 3D.testing用于分析焊点强度,主要的用于:

  • 通过模拟焊接或其他连接,分析焊接或连接强度
  • 根据模拟材料和焊接条件进行结构和碰撞模拟,分析焊接或连接强度

       分析结果能够直接输出到碰撞模拟模型,如ABAQUS等。

 

应用

         软件包内置模板可以通过定义几何参数来创建工件,用户在输入参数后,能够对工件进行交叉拉伸分析、剪切分析、KSII分析和剥离分析。

         以下焊接强度分析示例是模拟失效模式及最大制动力下的焊接强度分析结果的载荷-位移曲线。

十字拉伸强度分析——纽扣失效

十字拉伸强度分析——界面失效

KSII分析

拉伸剪切强度分析

剥离强度分析

SORPAS 2D3D.link模块

         通过SORPAS 2D3D.link模块,用户能够非常快捷地将SORPAS 2D的参数导入SORPAS 3D,使SORPAS 3D的强度分析功能更高效易用,分析结果也能导出到例如ABAQUS等的分析软件中去。

         使用2D3D.link在3D.testing中创建强度测试的过程非常简单。

  • 在welding 或 2D.joining中创建焊接/连接模拟
  • link转换SORPAS 2D的输出结果并输入3D模型
  • 转换后的3D模型可在testing直接进行强度分析

Excel批量处理

         Excel批量模拟功能可直接从Excel文件中读取输入数据,然后自动生成模拟文件,运行所有模拟和优化,生成优化的焊接工艺参数。Excel批量处理功能为用户准备和运行模拟节省大量时间,显著提高模拟和优化的效率。

         Excel批量模拟支持以下三种模拟模式:

  • 过程模拟-使用用户定义的焊接参数模拟预测焊接结果
  • 焊接增长曲线-预测焊接任务的工艺窗口或良好的焊接电流范围
  • 焊接计划-对焊接参数的设置进行全自动的优化和计划

         Excel批量处理功能的标准软件包中提供了具有通用数据结构的标准Excel文件。它在Excel文件的每一行中都包含了以下输入数据:

板材(最多4层):板材厚度、材料、涂层厚度、涂层材料、间隙等

电极:电极形式、材料、水冷等

机器:焊机ID、焊接电流类型等

         用户可以定义和修改所有数据,材料、电极尺寸和焊接机的参数需从数据库中编辑。

Excel批量处理输入、优化、输出过程

 

智能焊接规划

         根据用户定义的焊接任务描述(WTD)以及板材、电极、焊机类型和所需焊接质量的信息,SORPAS®将自动优化并找到最佳焊接电流、压力、焊接时间和保压时间。

         SORPAS®可预测飞溅以及最小熔核尺寸,从而得到满足焊接质量要求的焊接工艺窗口,生成焊接计划报告。

         SORPAS®的焊接计划包含以下工作:

  • WTD–焊接任务描述
  • 用户的偏好设置
  • 运行焊接计划预测最佳焊接参数
  • 带有焊接工艺规范的焊接计划报告
  1. WTD–焊接任务描述是指根据板材、电极、焊机类型和所需焊接质量的规格定义焊接任务,见下图。

  1. 用户偏好是针对用户偏好的规划策略。焊接电流将始终由SORPAS®优化,但用户可以自由选择自己的压力、焊接时间或脉冲数的首选值,方法是给出特定的输入值,或者只需将参数保留为0,以使SORPAS®完全优化。
  2. 运行焊接计划。在定义了焊接任务并选择了用户首选项之后,只需按“开始”按钮即可开始焊接计划。SORPAS®将自动运行所有优化程序,首先确定最佳压力和焊接时间,然后预测焊接过程窗口和飞溅,最后优化焊接电流和保压时间。
  3. 带WSS的焊接计划报告。焊接工艺规范是焊接计划的结果,包括给定的WTD、预测的最佳焊接工艺参数(焊接电流、压力、焊接时间和保压时间)和焊接工艺窗口,以及通过最佳焊接预测的焊接质量结果。

         在焊接规划过程中,所有模拟和优化都只使用相同的一个数据文件进行,这与生成焊接增长曲线和可焊性凸缘相比,大大减少了计算时间和硬盘空间的使用。

 

工艺优化

         多个自动模拟功能支持焊接工艺参数优化,使焊接增长曲线和焊接窗口能够完全自动化地通过程序生成。

这是使用SORPAS®自动生成的焊缝增长曲线,用于在2 kA至15 kA的焊接电流范围内点焊1mm低碳钢板。软件自动识别工作范围,绿色点表示良好的点焊,红色点表示飞溅,黑色点表示未焊上。

这是使用SORPAS®自动生成的焊接窗口,用于1mm低碳钢板的点焊,具有两个焊接工艺参数(焊接电流和时间),基于ISO 14327:2004。指出了三个参考焊接熔核直径(最小、最大和标称)。利用焊接电流和压力也可以产生可焊性窗口。

 

生产维护

         SORPAS®可帮助提高了焊接质量、生产稳定性和生产率。焊接中最常见的问题是飞溅,SORPAS®有助于优化焊接工艺,减少飞溅,使焊接现场保持稳定。

 

材料可焊性

         将新材料引入带焊接和连接的生产之前,都必须进行大量调查,以评估材料的可焊性和在生产中实施材料的可行性。

         即使在装配厂进行生产,材料供应商也随时都可能变更。为了保持焊接质量和生产稳定性,通常需要对新供应商提供的材料的可焊性进行评估。

         SORPAS®是评估材料的可焊性的有力工具。

         汽车工业中最常见的可焊性问题之一是用低碳薄钢板和两种较厚的高强度钢进行三片点焊。

三层板点焊实验金相与模拟结果对比

 

焊接质量

         焊接质量由以下评估标准表示:

  • 焊核直径或焊接长度
  • 焊接强度
  • 微观组织
  • 熔核周围的硬度和其他特性
  • 焊接后断裂的风险

         利用冶金性能和残余模拟的功能,可以预测焊接后熔核的显微组织(马氏体、贝氏体、珠光体/铁素体)、硬度分布以及残余应力和裂纹风险。

         焊接强度根据ISO标准所述的试验方法计算,包括横向拉伸强度(ISO 14272:2000)、剪切强度(ISO 14273:2000)和剥离强度(ISO 14270:2000)。因此,焊接工艺窗口和参数可以根据所得到的焊接强度来优化。

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