基于ANSYS汽车用镁合金电阻点焊熔核形成过程温度场计算机数值模拟研究

采用ANSYS有限元分析软件,对1.2 mm厚的AZ31镁合金双层板电阻点焊过程温度场进行了计算机模拟,分析了焊接工艺参数对焊接温度场的影响。结果表明,在通电加热过程中接触界面中心温度最高,随着到中心距离的增加温度逐渐降低;随着加热时间延长,接触界面中心温度迅速升高,接触界面心部与边缘温度梯度增大;随着焊接电流和焊接时间的增加,工件界面处峰值温度逐渐升高,但增幅呈递减的趋势,高温区域逐渐扩大,熔核直径和熔透率几乎呈线性增加;随着电极压力的增加,工件界面处峰值温度降低,高温区域缩小,熔核尺寸和熔透率均减小。     

AA6061铝合金超声波金属焊接计算分析模型

实现AA6061铝合金超声波金属焊接有效连接的关键机制是表面效应和体积效应。表面效应是焊接接头界面的摩擦;而体积效应存在于整个焊接过程中,影响了金属工件成形应力和形变。基于超声波焊接的关键机制建立了AA6061铝合金的材料模型和界面接触摩擦模型,依托ABAQUS有限元软件进行了铝合金超声波焊接的热-机耦合数值模拟分析。结果表明:与超声焊极相接触的铝合金界面产生最高温度和剧烈塑性变形,但低于母材熔点温度值。当焊极压力175 MPa,振幅8.4μm,加载时间60 ms时,界面最高温升至357.5℃,随着超声焊极压力持续增加铝合金表面发生粘焊。     

转速对TC4摩擦焊接头温度分布与微观组织的影响

采用连续驱动摩擦焊技术对TC4钛合金进行了连接。利用热电偶测温及金相显微镜观察等分别研究了不同转速下TC4钛合金焊接接头界面区的温度分布及微观组织变化。结果表明,焊接界面的升温速率和峰值温度均随转速增加而增大,初始摩擦阶段升温速率最高达762℃/s,峰值温度最高达1041℃,且转速越高,焊接界面温度沿径向分布的均匀性越好。TC4摩擦焊接头焊合区组织为网篮状组织,热力影响区为双态组织。网篮状组织随转速增加而明显粗化。     

Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头应力分布

用有限元方法计算了Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的应力分布,研究了加热温度、压力和中间层对应力分布的影响.结果表明,残余轴向应力和剪切应力在试样边缘处梯度都较大,靠近中心轴,应力分布比较均匀,最大剪切应力出现在A12O3-TiC/中间层界面处.在扩散焊冷却过程中,Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头最大轴向拉应力先是出现在边缘陶瓷侧,随着温度的降低,逐渐向试样中心靠近,应力值也逐渐增大.加热温度越低,轴向压应力越大.压力越大,最大轴向拉应力越小,压应力越大,但压力对剪切应力的影响较小.使用Ti-Cu-Ti复合中间层比使用Ti中间层可降低最大轴向压应力和最大剪切应力.     

6061铝合金超声波点焊温度场数值模拟及试验

针对超声波焊接过程中温度演化过程监测存在的困难,考虑焊接过程中塑性变形产热和高频摩擦产热,建立了三维超声波焊接热-结构耦合Ansys有限元模型,模拟了6061铝合金超声波金属焊接过程,计算了不同焊接参数下的温度场,用细丝热电偶测温试验验证了焊接温度.结果表明,焊接过程中焊接区域最高温度模拟值与试验值误差在5%以内,表明了模型的准确性;温度最高处位于焊接区域中心位置,高温区随焊接时间的增大而增大;超声波金属焊接过程中,温度场主要受焊接压力及焊接时间的影响.     

Al2O3-TiC/1Cr18Ni9Ti扩散焊接头应力分布

用有限元方法计算了Al2O3-TiC／1Cr18Ni9Ti扩散焊接头的应力分布,研究了加热温度、压力和中间层对应力分布的影响。结果表明,残余轴向应力和剪切应力在试样边缘处梯度都较大,靠近中心轴,应力分布比较均匀,最大剪切应力出现在Al2O3-TiC／中间层界面处。在扩散焊冷却过程中,Al2O3-TiC／1Cr18Ni9Ti扩散焊接头最大轴向拉应力先是出现在边缘陶瓷侧,随着温度的降低,逐渐向试样中心靠近,应力值也逐渐增大。加热温度越低,轴向压应力越大。压力越大,最大轴向拉应力越小,压应力越大,但压力对剪切应力的影响较小。使用Ti-Cu-Ti复合中间层比使用Ti中间层可降低最大轴向压府力和最大前切府力。     

汽车用铝合金/高强钢异种材料电阻点焊过程数值模拟

基于ANSYS有限元软件,对H220YD钢板/6008-T66铝合金异种材料电阻点焊过程进行模拟,研究预压和焊接阶段的压力和温度分布。结果表明,在预压阶段,随着到对称中心距离的增加,铝合金/电极接触界面压力先逐渐减小,在接触边缘附近迅速增大,达最大值后又迅速减小,铝合金/电极界面和铝合金/高强钢界面压力则是先略微升高后逐渐下降;随着电极压力的增加,接触半径逐渐增大,当电极压力大于3.5 k N时,接触半径和界面压力趋于稳定;在焊接阶段,界面温度随通电时间增加逐渐升高,熔核尺寸逐渐增加,峰值温度随着焊接电流的增加而升高。     

Cf/PPS复合材料辐射预热超声焊接工艺及其接头断裂分析

研究了辐射预热超声波焊接方法对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料（C_f/PPS）的适用性,重点考察了预热温度和焊接压力对连接界面成形及接头力学性能的影响.结果表明,升高预热温度可促进接头界面树脂的熔合,当预热温度大于110℃时,熔合率可达百分之百;当焊接压力增大时,接头的连接面积逐渐增加,但其拉剪强度呈现先上升后减少的趋势.当预热温度为110℃,焊接压力为0.3 MPa时,接头成形最佳,强度达到最高的20 MPa.     

钛合金Ti6Al4V超声波焊接研究

结合超声波金属焊接方法的特性和钛合金的焊接性分析,得出超声波金属焊接方法极其适用于钛合金薄片的焊接;通过扫描电镜观察和撕裂试验,对Ti6Al4V钛合金在不同焊接工艺参数下的焊接接头的横断面形貌及其力学性能进行了分析.结果表明:随着焊接时间的增长(即焊接能量的增大)接头横断面的削减程度增大,焊接时间是焊件质量的决定性因素;在1144.53N的静压力下Ti6Al4V钛合金的最佳焊接时间为125ms,其界面结合强度最高.     

异种材料淬火过程的有限元模拟

钛合金扩散焊接轴承钢材料由于含有钒、铜、镍中间层,在淬火过程中容易从多层材料界面处开裂.因此利用纳米显微力学探针测量了材料的弹性模量,然后采用ANSYS有限元软件对淬火中钛合金焊接轴承钢材料进行了有限元(FEM)模拟,根据得到的温度场以及应力场分布,找出了容易诱发界面处产生裂纹的原因.模拟表明淬火初期由于整体材料发生收缩而引起整体热应力的增加,淬火后期由于轴承钢发生马氏体相变,轴承钢体积开始膨胀,组织应力相应增加,抵消了一部分热应力的值,最终部件的残余应力是这两种应力共同作用的结果.高的淬火温度,增加了淬火过程中试件内部的应力值,容易引起过渡层处产生微裂纹从而导致局部开裂,因此,合适的淬火温度应取在830～860℃范围内且尽可能取偏其下限.