设计仿真 | Simufact Welding重塑新能源汽车电池盒焊接工艺

引 言 

近年来，新能源汽车行业呈爆发式增长，已然成为全球能源转型与汽车产业升级的核心方向。在新能源汽车中，电池系统占据核心地位，作为电池系统重要组成部分的电池盒，也发挥着不可或缺的作用 。目前，电池盒铝合金框架结构主要通过焊接装配的方式进行组装，焊接变形问题不容忽视。若采用传统试错方式来解决焊接变形问题，会面临时间周期长、试错成本高、数据收集困难等诸多难题。当前不少新能源汽车企业采用焊接仿真来分析解决焊接变形、优化焊接工艺，帮助提升焊接工艺研发能力。

海克斯康

焊接仿真解决方案

海克斯康专业焊接仿真软件Simufact Welding提供完善的焊接仿真解决方案，该软件涵盖了各种弧焊、激光焊、电阻点焊、电子束焊、钎焊等焊接工艺、消除残余应力热处理、冷却和装夹、虚拟检具、重力补偿等功能。可以考虑实际焊装工艺的各种场景的模拟，通过对工装夹具、焊接顺序、焊接方向、焊接工艺参数，以及焊接之后的冷却、消除应力的热处理等因素的仿真，对实际焊接过程的焊接变形、焊接残余应力、焊接热影响区、熔池等进行虚拟评定，从而对焊接工艺优化。帮助用户获得最优的焊装工艺解决方案。

新能源汽车电池盒

铝合金框架焊接顺序优化案例

以下案例介绍了某型号新能源汽车电池盒铝合金框架的焊接顺序优化。用户主要通过调整焊接顺序来优化焊接变形。因仅研究不同焊接顺序对电池盒框架结构变形的影响，用户通过模型简化，大幅降低了网格划分工作量与网格数量。如下图所示，左侧为原始模型，右侧为简化模型。

电池盒框架几何模型（左-原始模型，右-简化模型）

利用Simufact Welding进行焊接仿真建模，可以采用焊缝附近网格细化，远离焊缝附近的网格可以使用较粗的网格，相邻结构无需网格节点匹配，这样可以降低整体模型的网格数量，如下图所示为网格划分模型，整个模型包含的节点总数为1020454，单元总数为698704。

Simufact Welding网格模型

电池盒框架的焊缝分布在各连接处，每道焊缝焊接方向均是从上到下，采用四把焊枪同时施焊，一共54道焊缝，如下图所示为四种焊接顺序策略，策略一是“Z”形由里及外的焊接顺序；策略二是“W”形内外交替的焊接顺序；策略三是“S”形间隔式内外交替的焊接顺序；策略四是“M”形由外及里的焊接顺序。

不同焊接顺序的设计策略：(a)策略一；(b)策略二；(c)策略三；(d)策略四

在Simufact Welding只需将第一个焊接顺序建好模型，然后直接在软件进程中复制后调整焊接顺序，即可快速完成对其他焊接顺序的建模调整，无需重新建模。等待计算完成后，可以将四种焊接顺序的策略进行同步结果视图对比，同步视图对比不同焊接策略的结果，如下图所示，可以明显分析出策略一所产生的焊接变形量最大，策略四次之，策略三的焊接变形量较小，采用策略二的焊接顺序能使电池盒框架焊后变形达到最小。

不同焊接策略的总变形量(放大50倍)分布：

(a)策略一；(b)策略二；(c)策略三；(d)策略四

小 结

海克斯康专业焊接仿真软件Simufact Welding提供完善的焊接仿真解决方案，该软件涵盖了各种弧焊、激光焊、电阻点焊、电子束焊、钎焊等焊接工艺、消除残余应力热处理、冷却和装夹、虚拟检具、重力补偿等功能。可以考虑实际焊装工艺的各种场景的模拟，通过对工装夹具、焊接顺序、焊接方向、焊接工艺参数，以及焊接之后的冷却、消除应力的热处理等因素的仿真，对实际焊接过程的焊接变形、焊接残余应力、焊接热影响区、熔池等进行虚拟评定，从而对焊接工艺优化。帮助用户获得最优的焊装工艺解决方案。