SORPAS是集成焊接工程专业知识与数值建模技术的一款独特而强大的工具，可直接用于工业应用。
SORPAS概念的核心价值体现在：
SORPAS无需先验数值模拟的知识即可学习和使用，所以可以被工业工程师快速学习并轻松使用。
SORPAS的分析范围
SORPAS主要应用领域
点焊
汽车工业
凸焊
航空航天工业
电镦/热熔
电汽和电子工业
铆接、SPR
铁路运输和铁路轨道
焊接/铆接强度分析
机械和金属加工
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的工艺优化和批量管理计划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。
优化
增值优势
节约成本
材料数据库
工件数据库（产品设计）
加快生产调试
电极数据库（电极设计）
提高生产稳定性
焊接机数据库
提高焊接质量
焊接计划数据库
促进创新
工艺计划/优化方法
通过数字化使技术现代化
焊接/铆接强度测试模板
焊接对于制造，组装和维修中的广泛应用至关重要，如图所示，从设计、优化、计划到生产和评估，焊接过程中还存在许多焊接问题需要解决。
然而，要找到许多焊接问题的根本原因并不容易，部分原因是焊接工艺的复杂性，部分原因是焊接过程非常快，焊接内部难以露出。
解决焊接问题的实际方法主要是通过反复试验来进行试错，首先在焊接设备上进行焊接设计，然后生成和评估焊接，最后批准或拒绝焊接设计，或调试焊接生产。这不仅耗时而且成本很高。
具有焊接模拟的新数字方法可以在焊接生命周期的不同阶段同时工作。例如，在设计过程中可以通过预测焊接尺寸和焊接强度来评估焊接结果，还可以在稳定的焊接生产之前优化焊接过程
在下面几页中，我们将详细介绍模拟焊接解决方案，并提供如何进行良好的焊接设计的指导，建立稳定的焊接生产以及在整个焊接生命周期的每个阶段都通过模拟来支持生产成功的焊接：
然后，我们将引领焊接数字化的道路，以提出创建焊接数字生的新方法，并对整个焊接生命周期的各个阶段给出了每个数字孪生的定义。
核心准则：进行焊接设计和选择材料组合以平衡焊接界面产生的热量。
实际问题：无法看到焊接内部产生的热量，因此很难进行良好的焊接接设计以获得最佳的热量平衡。
数字解决方案：通过所有焊接设计选项和材料组合的模拟，可视化热量产生并预测可焊接性。
在焊接设计中，重点是每个焊接零件的几何设计和材料选择。通常来说，对于优化和确定焊点的位置以及焊点间距以获得最佳焊接质量也很重要。
通过使用SORPAS进行焊接模拟，可以对焊接零件的几何设计建模，从而可以灵活地为任何零件选择材料，并且可以从集成材料数据库中的所有材料列表中自由选择任何材料。这样，可以在计算机上虚拟模拟所有几何设计和材料组合的可能性。在使用真实材料和真实零件进行任何焊接测试之前，可以根据模拟结果得到焊接设计和材料组合的最佳解决方案。
我们将在下面详细介绍点焊，凸焊和机械连接应用的焊接设计解决方案。
点焊设计因素和材料的可焊性
对于电阻点焊，最具决定性的焊接设计因素如下：
每次在焊接和连接将新材料引入生产之前，都必须进行大量研究以评估材料的可焊性以及在生产中实施该材料的可行性。有时，为了组装工厂的持续生产，可能会更改材料供应商。这通常需要评估新供应商提供的材料的可焊接性，以保持焊接质量和生产稳定性。
SORPAS2D.welding和SORPAS3D.welding是已被用于评估各种厚度和材料比率的材料的可焊性的具有强大功能的工具。
汽车工业中最常见的可焊性问题之一是使用薄的低碳钢板和两种较厚的高强度钢进行的三层点焊。
在《焊接》杂志2011年出版：先进的高强度钢的三层点焊。
实验和数值计算的三片点焊中心点焊缝截面图
近年来，SORPAS已用于提高第三代高级高强度钢（AHSS）电阻点焊性能。
关于第十一届国际可焊性数值分析研讨会的会议论文（2015年）：
提高了第三代汽车用AHSS的电阻点焊性能。
SORPAS热力学模型概述，显示了样品和电极的几何形状，以及网格的特写
凸焊设计因素和材料的可焊性
在点焊中，电极的设计对于将焊接电流集中到焊接区域很重要，而在凸焊中，工件上的凸出物的设计对于局部化电流至关重要。电极仅提供焊接压力，并将焊接电流传导至工件。
工件上的局部凸起可以专门设计用于将焊接电流集中到焊接区域，例如平板上的压花，圆螺母上的环形凸起或方螺母上的角凸起等。也可以使用工件的自然形状作为将焊接电流集中到焊接区域，例如交叉线焊接和管-板焊接。
凸焊的设计要素是凸出物的形状，角度和高度。凸焊的设计原则是：凸出物的设计应有效地集中电流，但应稳定且不会塌陷得太快或引起严重的脱落。
通过有效地集中电流和在工件上形成凸起，凸焊可在很大程度上用于焊接不同的材料（这些材料搭接组合可能无法进行点焊）。通过关键性表面涂层，甚至可以通过凸焊将极其困难的材料焊接起来，例如将铜合金焊接到钢上。
一般而言，为使焊接界面处的热量达到最佳热量平衡，会将凸起放在较难产生热量的一侧：
凸焊的最佳设计和关键性表面涂层材料的最佳选择，最适合焊接的单个材料组合都可以使用SORPAS2D进行模拟。对于结构复杂的凸焊，SORPAS3D更具有优势。通过将模拟的焊接结果与不同的设计和材料选择进行比较，可以获得最佳的凸焊设计。
凸焊设计应有效地集中电流而不要坍塌得太快
机械连接被广泛运用到连接不同的材料，并且这可能将碳纤维增强的聚合物与金属连接的唯一有效方法。自冲铆接（SPR）和铆接最常用于汽车工业中的板材连接。
为了获得最佳的接头质量，铆钉的形状和材料、模具设计和材料以及工具力应适当优化。SPR接头的质量可以通过关键的接头因素进行评估，例如联锁长度（铆钉张开），底板的最小厚度，铆钉头的高度以及底板中铆钉的有效长度。
SORPAS2D.joining可用于模拟各种形状和材料的铆钉和模具的机械连接，适用于板材厚度和待连接材料的所有组合。
自冲铆接质量因素:联锁距离、底部厚度、顶部高度
核心准则：为了获得尽可能大的焊接工艺窗口，以确保高质量的焊接而不会喷溅/飞溅。
数字解决方案：通过数值模拟和优化来预测具有焊接接增长曲线和可焊性工艺窗口。
借助SORPAS2D.welding，已经开发了一些用于自动仿真的功能，以支持焊接工艺参数优化。可以运行全自动程序来生成焊缝增长曲线和可焊性凸角。
这是SORPAS自动生成的焊缝生长曲线，用于点焊2mm至15kA范围内的1mm低碳钢板。该软件会自动识别工作范围，其中绿色点表示焊点良好，红色点表示飞溅，黑色点表示无焊接。
铆接优化
核心准则：寻找最佳工艺参数以进行稳定的焊接生产以此来获得一致的焊接结果。
实际问题：每个工厂都有自己的材料供应商和设备制造商，所有焊接都需要各自适配的工艺设置。
数字解决方案：通过具有自动化模拟的焊接计划，为每种焊接组合获取优化的工艺参数。
批量管理计划
借助此功能，工程师可以在大规模，快速的模拟和优化的支持下，最大限度地利用模拟和优化的优势，大幅减少焊接测试的次数，从而提高焊接质量和生产稳定性。
智能焊接计划
可以预测飞溅（排出）极限。从而在质量要求的最小焊接熔核尺寸和飞溅（排出）极限之间预测焊接过程窗口。
SORPAS焊接规划程序
该SORPAS焊接规划工作在以下步骤：
1）WTD—焊接任务描述用于定义焊接任务，包括板材，电极，焊接机类型和所需焊接质量的规格，请参见右图。
核心准则：为确保焊接生产在受控状态下运行并预见潜在问题以采取预防措施。
实际问题：焊接质量的不一致以及存在未知原因的意外焊接问题，因此很难找到快速解决方案。
数字解决方案：通过可能存在工艺公差和不规则焊接条件的模拟来找出焊接问题的根本原因。
生产维护
当焊接生产开始时，在最佳工艺窗口中进行了系统的优化规划，焊接生产过程中出现的问题主要是由于焊接条件的意外变化，例如电极帽磨损，板间隙，电极错位以及可能来自先前加工过程的错误，例如热冲压和热处理。
生产维护可提高焊接质量，生产稳定性和生产率。
最常见的问题之一是减少飞溅。
SORPAS可以帮助优化焊接过程，从而减少飞溅。
不规则条件
工件之间的间隙
电极未对准
核心准则：为确保焊接尺寸，焊接强度和焊接周围的焊接材料性能（无缺陷）方面的质量。
实际问题：在产生实际焊接之前无法在设计阶段评估焊接质量，并且难以预测焊接缺陷。
数字解决方案：过模拟预测焊接熔核的形成，硬度和微观结构，开裂风险和焊接强度。
焊接质量
焊接质量由以下评估标准表示：
硬度分布
借助新增的用于模拟冶金性能和残余物的功能，可以预测焊接后焊缝中的微观结构（马氏体，贝氏体，珠光体/铁素体）的分布，硬度分布以及残余应力和开裂风险。
焊接强度的计算也参照ISO标准描述的测试方法，包括交叉拉伸强度（ISO14272：2000），剪切强度（ISO14273：2000）和剥离强度（ISO14270：2000）。因此，可以根据所得到的焊接强度来优化焊工艺窗口和参数。
强度测试
评估焊接接头质量的常用方法是通过破坏性测试来获得各种载荷模式下的最大断裂力，并获得失效模式（纽扣或界面失效）。
SORPAS3D.testing可以将电阻焊接过程和机械连接的模拟与焊接强度测试相结合：
焊接行业的工业4.0意味着焊接过程计划和优化的数字化！
为了降低成本，加快开发速度并提高生产稳定性和焊接质量，一种新的工作方式是用计算机模拟和优化方法尽可能用数字（或虚拟）测试代替物理测试。
SORPAS是由欧洲、亚洲和北美的汽车工业和电汽电子工业的世界领先公司专门为此目的研发的，并证明其在电阻点焊方面的有效证明。随着机械连接的新发展，该应用程序也扩展到了航空工业。
现在是时候转向一种新的焊接工艺计划和优化数字化工作方式！
SORPAS为制造公司提供服务，这些制造公司在全球各个工业领域的生产工厂中都有越来越多的用户：
汽车/汽车供应商电气/电子
航空/飞机火车车厢/铁路
散热器/容器家用五金
医疗仪器核设备
饮食其他金属加工行业
案例研究库
SORPAS的最大价值是领先的技术，并为制造公司生产附近的直接工业应用带来巨大收益。图库中提供了该软件的一些工业应用示例。
电阻焊接和机械连接是汽车工业中用于车身或白车身（BIW）组装的主要连接技术。
几乎所有的钢钣金件都是通过点焊组装的，而大多数铝钣金件是通过自冲铆接和铆接的方式组装，而凸焊通常用于将焊接螺母紧固到板材上。
随着人们对轻型汽车减少二氧化碳排放，提高强度和提高碰撞性能以改善安全措施的要求不断提高，汽车中引入了越来越多的新材料，包括高级高强度钢（AHSS），铝合金和新的表面涂层。这些新材料极大地使焊接过程复杂化，并使传统材料焊接中的大部分现有知识无效。在建立焊接生产之前以及在生产维护期间，需要更多的焊接测试和工艺优化。
SORPAS拥有汽车行业最大的用户群：
在研发部门，负责新材料的焊接性评估，以及连接工艺的创新
在规划部门，进行焊接工艺规划和优化，并建立新的焊接程序
在装配车间，进行生产启动和维护，以提高焊接质量和生产稳定性
电极降解
电阻焊接过程中的高电流和高压力条件使电极头处于在高磨损风险中。右图显示了镀锌钢板点焊中新旧电极头的比较。随着焊接数量的增加，电极头将发生两个主要变化：
1、几何变化
几何变化通常发生在钢板的电阻焊接中。由于钢的熔化温度较高，强度高于电极强度，电极尖端直径将因变形和磨损而增加，例如糊状，点蚀或拾取局部材料去除等。
2、冶金变化
在电阻焊接过程中，尖端表面附近的材料性能也会发生变化，例如与板材和涂层材料形成合金，以及由于过热而重结晶和软化。
飞溅预测
为了确保高质量的焊接，通常将焊接参数设置为接近飞溅条件。但是由于生产过程中动态条件的变化，可能导致熔液飞溅。
目前有多种检测和评估点焊质量的方法。虽然用超声波或x射线扫描进行无损检测是检验点焊质量的理想方法，但通过手工凿试验或机械试验的破坏性强度检测仍然是评定焊缝强度最常用的方法之一。以下是标准的机械化测试方法：
SORPAS3D.testing可用于模拟焊接强度测试过程并预测载荷—伸长率曲线和最大断裂载荷。使用SORPAS2D3D.link的新模块，也可以根据SORPAS2D.joining仿真的结果来模拟机械连接的强度，例如SPR。
航天行业
机械连接和电阻焊接也广泛用于航空航天工业，用于连接重量轻，强度高的特殊金属部件，例如钛合金和铝合金，以及耐高温材料，例如镍铬合金等。
铆接是飞机机翼和机身组装中最常用的连接技术，而点焊也用于组装内部零件。
为了支持在航空航天工业中的应用，已将特殊材料添加到内置材料数据库中，包括铝合金，钛合金，铬镍铁合金和镍钴合金等。
除了开发完善的用于模拟和优化电阻焊接工艺的功能外，SORPAS现在还得到了进一步开发，其新发布的版本用于模拟铆钉变形较大的铆接工艺。
铆钉
钛合金
耐热材料
电子行业
电阻焊接通常在电气和电子行业中用于连接各种（通常是良好的导电性，但更难焊接）材料和形状的部件，例如电连接器，转子和印刷电路等。
电气和电子工业中电阻焊接应用的特殊特征是其尺寸极小且难以焊接的奇特材料。
为了支持电气和电子行业的工业应用，已将特殊料添加到内置材料数据库中，包括银，铜合金和镍合金等。为了简化微型组件的仿真，已将SORPAS中的允许尺寸扩展到0.1微米（或4个小数点表示mm）。
平行间隙
热桩
SORPAS是用于电阻焊仿真和电阻焊工艺优化的专业软件。它是为了工程师进行焊接仿真而被开发的。它不需要任何数值模拟方面的先验知识，具有焊接和材料知识的工程师可以轻松地学习和使用它。SORPAS结合了焊接专业知识与数值技术，是一款独特而强大的工具。
“自2001年以来，我们一直在使用SORPAS，并且在电阻焊领域取得了许多创新发展。我们现在正在将模拟的应用进一步扩展到过程优化，以支持生产计划。”——德国大众汽车股份公司的MatthiasGraul先生
SORPAS中的内置材料数据库包括几乎所有常用的金属材料，包括所有类型的钢，铝合金，钛合金，铜合金，镍基合金，表面涂层材料，纯金属和高熔点金属，例如钨和钼等。用户也可以添加自己的材料。软件可以模拟范围从毫米级到微米级的焊接连接尺寸。以及各种焊接机和电源，包括AC，DC，MFDC，逆变器和电容器放电。
功能
应用领域
SORPAS已应用于各个行业，解决点焊、凸焊、对接焊和微电阻焊中的问题，并支持研发以及工艺参数优化。
焊接模拟案例
点焊：
模拟低碳钢，高强度低合金（HSLA）钢和双相（DP）钢板的三层点焊。
凸焊：
角螺母与钢板焊接的方螺母的凸焊模拟，显示了凸角塌陷后的焊缝。
对接焊：
模拟在两端焊接电阻加热并随后进行锻造和对焊的两块钢板的电阻。
平行间隙焊接：
用于将薄箔连接到钛合金基板的平行间隙焊接（微电阻焊接）的模拟。
模拟报告
每次模拟后，SORPAS都会生成一份模拟报告文档。
左图是点焊模拟的基本报告。上部显示了初始焊接条件，包括材料组合，电极和工件的几何形状以及焊接工艺参数设置。在下部，它显示了主要的模拟结果，其中包括选定的工艺参数曲线，最终温度分布以及每个工件中焊点熔核的尺寸。
SORPAS3D是依据SORPAS2D的概念开发的，它具有易于使用的图形用户界面（GUI）和简单的功能，可用于电阻焊的工业应用。
现在可以适应复杂而具有挑战性的电阻焊接应用。
SORPAS3D输入向导是专门为快速构建和操作3D模型，设置焊接参数，对电极和工件的运动进行编程而设计的，类似于电阻焊接的生产装配线。
[SORPAS3D输入向导步骤1]方螺母投影焊接模型
材料数据库和机器数据库直接与SORPAS2D共享。目前已经开发了两个新的库，用于存储和加载用于电极和工件的六面体网格对象的3D模型。
SORPAS3D焊接的工业应用
SORPAS3D.welding的目标是促进和支持产品研发，产品设计以及焊接工艺优化。SORPAS3D.welding可用于模拟复杂的焊接，例如多点焊，凸焊，电极错位和缝焊中的旋转运动。
以下是SORPAS3D.welding模拟的一些示例。
多点焊接（分流效应）
考虑工件间隙的点焊
SORPAS3D模型用于模拟带有纵向压纹的电阻凸焊。
SORPAS3D模拟结果用于带有纵向浮雕的电阻凸焊。
SORPAS3D模型，用于模拟单面板材到管材的焊接。
单面薄板至管焊接的SORPAS3D模拟结果。
一次性进行点焊过程和焊接强度的3D模拟
使用SORPAS3D.welding完成焊接模拟后，也可以继续使用SORPAS3D.testing进行焊接强度模拟分析。这使SORPAS3D成为唯一具有一次性模拟焊接过程和后续焊接强度分析以及焊接失效模式预测功能的软件系统。
SORPAS2D.joining通过多种解决方案来模拟连接，例如铆接，自冲铆接（SPR），盲铆接以及通过胶粘剂进行连接，是一款便于学习的软件。
基于与SORPAS2D.welding相同的概念，我们不仅可以进行优质的仿真，而且致力于创建一个便捷的软件工具，该工具可以帮助每个工程师快速，轻松地进行仿真！
SORPAS2D的新功能SORPAS2D.joining的应用
自适应重划铆钉
断裂和开裂自冲铆接（SPR）
接触建模紧缩
接触摩擦盲铆
表面涂料用粘合剂连接
自穿孔铆接（SPR）模拟
自穿孔铆接（SPR）过程模拟为：
压弯模拟
压接过程模拟为：
盲铆接仿真
模拟盲铆接过程：
铆接模拟
铆接过程模拟为：
评估焊接质量的常用方法是通过破坏性测试来获得各种（横向拉伸，拉伸剪切和剥离测试等）最大断裂力（如：十字拉伸力、拉伸剪切力和剥离力等），并获得焊点的失效模式（纽扣失效或界面失效）。SORPAS3D.testing可以对所有测试方法进行3D仿真，以预测焊接强度，以及通过模拟焊接板的断裂来预测失效模式。
SORPAS3D.testing的核心应用如下：
可以通过直接使用板材和定义焊点的方式建立SORPAS3D.testing模型，或继续使用SORPAS3D的焊接模拟结果进行SORPAS3D.testing仿真，焊接模拟结果包含由于在焊接过程中的加热和冷却而导致的焊接及周边区域的材料性能变化。另外，也可以通过SORPAS2D3D.link的附加模块使用SORPAS2D.welding和2D.joining模拟结果进行SORPAS3D.testing模拟。在这里了解更多有关它的信息。
SORPAS3D.testing可以将电阻焊接和机械连接的模拟与焊接强度测试结合起来：
拉伸剪切测试
十字拉伸测试
轴向拉伸测试
剥离（或弯曲）测试
扭转测试
CAE/CAD工程师需要获取根据实际材料和实际的焊接生产条件得到的实际的焊接强度才能进行碰撞建模和结构模拟。SORPAS3D.testing可以基于焊接模拟来预测焊接强度结果，并将结果导出到碰撞模拟模型中，例如Abaqus、LS-DYNA等。
不同强度测试方法的3D模型模板
SORPAS3D.testing内置的了3D建模模板，可通过定义几何参数来创建强度测试工件。用户只需要输入尺寸和形状参数，就可以创建用于十字拉伸测试，拉伸剪切测试，剥离测试和KSII测试的测试工件。
以下是一些SORPAS3D.testing模拟的焊接强度测试的示例。仿真结果包括焊接强度和失效模式，以及具有最大断裂力的载荷—延伸率曲线。
模板也可用于机械连接
SORPAS2D3D.link的新附加模块，可以实现以下2个功能：
此外，SORPAS3D.testing模拟的结果可以导出到其他软件，例如Abaqus和LS-Dyna。
2D3D.link的过程
在SORPAS3D.testing中使用2D3D.link创建强度测试的过程非常简单。
SORPAS2D3D.link的好处
这意味着：
关于利用数值模拟和有限元建模来创建数字孪生，已经有许多出版物，演示文稿和论证，但是大多数都集中在产品或系统设计上。要为动态制造过程，例如焊接和连接过程，创建数字孪生面临着更大的挑战，仍有很多工作要做。然而，这对于行业的完全数字化至关重要。
对于制造业而言，数字孪生不是也不应该仅仅是设计。
对于焊接，应创建数字孪生以实现从设计，优化，计划到生产和评估焊接的整个生命周期。这就要求虚拟模型的模拟必须高度精确，并且能够做出可靠的预测和优化。
SORPAS现在准备迎接挑战，为电阻点焊过程的整个生命周期创建第一个焊接数字孪生。
数字双胞胎可延长整个焊接寿命
如图所示，在电阻焊接的整个生命周期中，将创建五个具有不同功能的数字孪生：
SORPAS通过数字模型和实际数据构建每个数字孪生体，以表示实际的物理焊接过程，包括组件、电极、焊接设备和工作程序。
数字孪生与物理焊接过程进行动态交互是很重要的，尤其是当它们在焊接生产线附近工作时。
为了增强数字双胞胎与物理焊接过程之间的交互作用，还将纳入机器学习和人工智能（AI）。
用于焊接设计的数字孪生是利用板材、焊条和焊接机的几何模型和材料数据构建的。薄片和电极的模型和数据必须真实，才能准确表示真实薄片和电极的形状和材料。利用典型数据可以概括焊接机的模型和数据。在设计阶段，不需要在焊接机动力学和焊接设计之间进行交互。用于焊接设计的数字孪生的主要目的是从所有可能的几何设计选项和可用的材料选择中确定最佳的焊接设计。
用于焊接优化的数字孪生是在用于焊接设计的数字孪生的基础上构建的，其中包括焊接机和控制设备的更多详细数据和规格说明。传感器可包含在物理焊接过程中，通过与物理焊接测试中的实际测量值进行比较来验证数字孪生，以提高数值模拟的准确性。数字孪生用于焊接优化的目的是获得焊接过程窗口并帮助优化和监视物理焊接过程。
用于焊接计划的数字孪生是在用于焊接设计和焊接优化的数字孪生的基础上构建的，目的是为给定的焊接设计、焊接设备和焊接顺序确定特定焊接工艺参数的详细焊接计划。可以建立数字孪生与物理焊接过程之间的动态相互作用。机器学习和人工智能（AI）可以整合到数字孪生中，以提高自主决策能力。
用于焊接生产的数字孪生是在用于焊接设计、焊接优化和焊接计划的数字孪生的基础上构建的，目的是在当任何焊接条件超出范围或对焊接质量、稳定生产造成问题时，以便在焊接生产过程中做出响应。数字孪生应预见并预测焊接问题的所有可能的根本原因，而机器学习和AI将自动识别问题，并做出决定采取反应来解决问题，纠正错误或指出故障。
用于焊接评估的数字孪生模型是通过与所有用于焊接设计、焊接优化、焊接计划和焊接生产的数字孪生模型的连接而构建的，目的是评估焊接质量和焊缝性能。通过预测焊接熔核的大小以及焊接过程中和焊接后影响的材料性能来评估焊接质量。通过预测焊接强度和失效模式来评估焊接性能。
从设计、优化、计划到生产和评估的整个焊接生命周期中，所有的焊接数字孪生都通过交互作用相互连接。这样就可以在设计阶段和随后的所有阶段中评估焊接质量。数字孪生与物理焊接过程之间的相互作用借助机器学习和人工智能（AI）可以进一步提高焊接生产的稳定性并确保最终焊接质量。