在工業應用中，電阻點焊主要用來焊接金屬薄板和金屬絲網。由于其生產效率高、質量可靠、成本低、適用性廣、易于實現機械化和自動化等特點，在汽車及其零部件、航空航天、電氣電子、民用和軍工機械設備等領域里都被大量應用。在工業產品的生產流程中，焊接質量往往對產品質量起著決定性的影響。尤其在一些大規模的生產流水線焊接中，對焊接精度、一致性和可靠性的要求越發嚴格，只依靠工人的經驗是行不通的。隨著自動化要求越來越高，焊接方案的設計有必要借助專業的CAE軟件，以縮短開發周期，提高工藝質量。

以汽車工業為例，電阻點焊是車身焊接最主要的連接方式，占白車身焊接總量的90％以上，普通轎車白車身焊點數量達到4900～5600個，因此做好電阻點焊焊接強度的控制，對保證整車安全性起著非常重要的作用，焊點強度主要受焊接參數的影響，如電極壓力、電流參數、通電時間等，在實際生產中一般無法做到時時對焊接參數進行監控或者對所有焊點強度進行檢驗，多采用抽樣方法通過取樣焊點強度來監控焊接參數進而檢驗整車焊點強度。主要采用以下方法:

·試片法 試片法是采用與被焊零件相同材‘質和料一厚的試片，進行打點試驗，然后用剪切力將試片剝開，被剝離焊點必須附在其中一塊試片上（不同板厚時，以較薄板為準），并且焊點熔核直徑滿足相關技術要求。 ·工位鑿檢 鑿檢法是在設定的檢驗焊點附近，兩層板之間（若三層板，則在第一層板和第二層板，第二層板和第三層板之間）用專用鏨子鏨入到一定程度后，以焊點無縫隙為合格，檢驗合格后需要對鑿檢處進行修復。 對于每把焊鉗每種參數都需要進行鑿檢驗證，工位鑿檢直接在產品上進行，比試片法史能反映實際輸出焊接參數，為了避免因鑿檢產生報廢，鑿檢焊點選擇時要考慮操作的可行性及可修復性，一般不選擇有外觀要求的焊點和高強度鋼焊點，對于不能在工位進行半破壞性工位鑿檢的焊槍，需要采用試片法進行焊點質量檢驗。

(資料圖片)

·集中鑿檢 集中鑿檢和工位鑿檢方法相同，主要針對無法在生產工位進行人工鑿檢的機器人焊點在生產線設置專門鑿檢工位集中進行強度檢驗的方式。集中鑿檢焊點選取原則和工位鑿檢相同，一個集中A檢工位需要檢查10多個機器人工位多達30～40臺焊接機器人焊接參數，多采用循環鑿檢的方式，每個工序節拍內只檢查3～4臺機器人焊接參數，10～15臺白車身1個循環進行鑿檢。 ·無損探傷 無損檢測是在不損壞或不影響檢測對象功能特性的前提下，通過超聲波、紅外線和電磁等物理方法對焊接質量進行檢驗的方法。目前在實際生產中最常用的無損探傷是超聲波探傷。超聲波在被測車身金屬材質中傳播時，被測焊點處金屬金相組織的變化對超聲波的傳播會產生影響，通過對超聲波反射波形受影響程度的觀察，了解焊點性能和內部缺陷。由于無損檢測具有非破壞性，操作方便、快捷等優點，可以對無法進行鑿檢焊點進行補充性日常檢查控制。 ·整車拆解 試片檢驗、工位鑿檢、集中鑿檢等檢查方法作為日常手段無法全面反映整車所有焊點質量狀況。整車拆解對整個白車身所有焊點逐一進行破壞性檢查，可以全面反映整車所有焊點焊接強度，由于整車拆解后的車身只能報廢處理，并且整車拆解周期較長（一般要1個月），不能作為日常項進行檢杳，在止式生產過程中，一般按照隨機抽樣方法，每條生產線每季度抽查1臺白車身進行整車拆解。

上述方法分別都存在一定的局限性：鑿檢單個焊點需要占用一個生產循環內 10～20秒，很多被覆蓋焊點和底部焊點無法鑿檢，且鑿檢受工人技能熟練度和水平影響很大。破壞性檢查能夠最直觀反映生產線所有焊點質量，但破檢周期一般至少在一個月以上，有很大的滯后性，一旦發現虛焊、漏焊，往往已經造成批量事故。并且以單個白車身兩萬元計算，破檢成本也很高。無損查探受技術條件和車身結構的限制，不能完全反應焊點質量情況。

隨著計算機應用發展日益深入,工程問題的解決越來越以來于CAE仿真技術。通過仿真計算,可以充分考慮不同金屬、各類涂層、外部環境、產品結構和焊接工藝參數等因素對焊接質量的影響，精確的預測熔核大小、強度與飛濺風險。從而優化設計方案, 提升產品焊接質量及可靠性能。

SORPAS源自1988丹麥科技大學對電阻焊的研究課題，現已發展為行業領先的電阻焊解決方案。

vSORPAS 設計理念：

仿真 Simulation and

優化 Optimization of

電阻焊 Resistance

凸焊 Projection

點焊 And Spotwelding processes.

v通過ISO9001:2005認證

v內置智能網格生成器，可基于標準結構快速建模

v支持多種焊接方式

v三種焊接優化模式

v詳細的結果報告，包括熔核大小、焊接強度、殘余應力和組織分布等

v過程模擬動畫，溫度、硬度、壓強等參數的變化過程一覽無余

v強大的數據庫（焊件、電極帽、材料等），支持用戶自定義，同時SWANTEC也提供數據庫服務

v支持EXCEL數據導入與智能識別，可批量處理焊接任務

v支持多涂層計算

v兼容Nastran網格文件導入

v快速、強健的求解器

v可自動生成仿真報告，擁有強大的后處理器。

SORPAS 使用流程

·點焊

1）建模

向導式建模，流程明確直觀。

1. 選擇焊接方法；

2. 增加焊件與電極帽，設定間隙：SORPAS建模的依據是坐標法，并有圖形界面實時顯示。軟件還支持快速建模和從數據庫導入模型，在焊件與電極帽數據庫中，用戶可以直接導入stl格式三維數模或Nastran類型網格文件；

3. 設置涂層與材料：SORPAS內置材料數據庫，也支持自定義材料；

4. 設定電機和工作電流：支持直流和交流電機，設定電機頻率和電流特性；

5. 設定焊接壓力：支持多步焊接，設定焊接時間與壓力；

6. 選擇操作：選擇過程仿真、焊接電流優化、可焊性Lobe圖或全自動優化。

·凸焊和其他焊接方式

直接進入設置界面，自定義焊件、電極帽與壓緊件的位置關系，自定義焊接參數與仿真設置。

·內置數據庫

軟件系統中集成了四個數據庫，包括材料數據庫、常用工件數據庫、標準電極帽數據庫（ISO5821）以及焊接機器數據庫。用戶可根據自身的需要進行增添、編輯和刪除。

·使用三維模塊處理復雜焊接模型

對于非對稱的特殊模型，SORPAS提供了3D模塊進行基于六面體網格的建模。在建立焊件或電極帽數據庫時，SORPAS非但提供了種類繁多的數據庫，還提供快速建模、多點坐標建模、導入第三方數模等功能。

2）后處理：

·結果仿真

SORPAS可以自動生成仿真結果報告，直觀呈現最重要的焊接結果參數，包括拉伸、剪切、剝離強度、熔核直徑、溫度分布與飛濺情況。

SORPAS具有強大的后處理器, 可以進行交互式的探討、處理仿真結果，挖掘有用數據。通過分析應變、應變、殘余應力、硬度分布，幫助工程師快速找到關鍵優化點和解決方案。

·焊接電流優化

SORPAS提供兩種模式實現焊接電流優化：一種是根據自定義電流范圍，從給定增量的下限到上限自動運行一系列模擬，生成焊接增長曲線。另一種是根據目標熔核大小，自動運算最佳焊接電流。

·可焊性Lobe圖

SORPAS提供兩種可焊性分析模式：一種是焊接力恒定，改變電流和時間；一種是焊接時間恒定，改變電流和焊接力。根據標準《ISO14327：2004》，按照用戶設定的熔核特征自動劃分可焊性區域、預測飛濺極限。

·自動焊接規劃

根據用戶的設定參數（焊件、電極帽、焊機和所需焊接質量）計算最佳焊接工藝參數，包括最佳焊接電流、焊接力、焊接時間和保持時間，并生成優化報告。

3）批量仿真與優化

SORPAS可以在一個項目文件里同時進行多個任務的仿真和優化，結果同時顯示，便于比較和管理。

SORPAS還提供接口，快速導入EXCEL文檔中的焊接任務計劃，使用戶可方便地在EXCEL文檔中編輯和管理焊接任務。

SORPAS 科學的算法

1）有限元法

SORPAS是基于有限元法（FEM）開發的。有利于解決大變形的問題，并可用于解決具有復雜幾何形狀和材料組合的幾乎所有種類的工程問題。

在仿真計算中，網格根據用戶定義的元素總數和密度控制點自動化生成，當網格超過1000個時，計算時間隨著網格數增加而急劇增加，對結果的精度影響卻很小。因此我們默認劃分1000個網格用于普通電阻焊模擬。

2）多因素的耦合作用

·電學模型

根據焊接電流和焊接材料的組合計算電流分布和發熱量

·熱力學模型

計算熱傳遞、溫度變化、材料特性隨溫度的變化和焊點的成型

·力學模型

基于材料力學和動力學原理，根據焊機特性計算力學結果，包括材料變形、界面處接觸面積的演化、應力和應變等

在實際焊接過程中，研究人員發現，影響電阻焊接結果的共有超過100個參數，SORPAS考慮了其中敏感度最高的幾類參數，并提供了詳細的設置方法：

? 焊接電流

軟件對電阻焊的核心求解方程為焦耳定律：

I：通過焊件的電流 R：焊件和接觸界面的電阻 t：焊接時間

功率決定發熱量，并與電流的平方成正比。因此熔核的尺寸將隨著電流的增加而快速增加。SORPAS考慮了實際生產過程中常見的電機（AC/DC/CD等）的不同特性，用戶可使用焊接電流的均方根（RMS）值用于參數設置和過程控制。

? 焊接時間

焊接時間與焊接電流共同影響著發熱量。SORPAS允許用戶通過特征值法或坐標法設定焊接電流–時間曲線。

?焊接壓力

焊接壓力影響著材料的特性變化和最終的焊接質量。SORPAS允許用戶通過特征值法或坐標法設定焊接壓力–電流曲線。

?接觸電阻

焊接界面的接觸電阻受到材料、溫度和壓力等因素的控制，SORPAS根據相關定理和經驗公式，提供焊接全過程中電阻分布的求解模塊。

? 材料特性

SORPAS的材料數據庫中提供了詳盡的參數設置。在分析和優化過程中，根據熱力學材料力學，全面考慮了材料隨著溫度變化而產生的性能變化，并提供金相組織分布的求解模塊。

? 表面涂層

SORPAS專為焊接設計，提供方便的涂層參數設置，并在求解器中充分考慮了涂層對焊接過程造成的影響。

? 幾何尺寸

焊件與電極帽的幾何形狀和尺寸影響到電流密度分布和焊接過程中的動力學特性。SORPAS允許用戶自行設定焊接時焊件、電極帽與焊機的相對位置，并提供全焊接過程的動畫仿真模塊。