含镀锌板的三层板点焊熔核形成机理研究

基于车身制造需求,对含镀锌板的低碳钢三层板(0.65 mm厚的镀锌板、0.65及0.70 mm厚的裸板)按照不同焊接参数进行点焊工艺试验,并测试了其力学性能,观察了点焊熔核金相组织,从而分析了其熔核形成机理.研究表明:对于含镀锌板的三层板点焊,熔核最初是在裸板与裸板的接触面上形成的,经历横向和纵向扩展,直至形成完整的熔核.     

镀锌三层板电阻点焊的数值模拟

根据三层板电阻点焊的特点以及锌层的性质,选用1/4模型建立三层板数值模拟的模型.在经验参数的基础上优化工艺参数,以寻求最佳的熔核.在优化后最佳工艺参数下,分析各个不同材料内最高温度的变化趋势,熔核的形成与长大过程.加入无镀锌层进行比较,重点突出镀锌层对整个过程的影响.结果表明,镀锌层对整个形核过程有着很大的影响,改变了熔核的产生位置及长大趋势.含镀锌层的三层板熔核是先在无镀锌层的两块板接合面处形成,沿径向和轴向长大,最后形成包含三块板的熔核.结果表明,模拟计算结果与实际焊接结果比较吻合.     

不锈钢点焊动态电阻曲线频谱与熔核的关系

运用快速离散傅里叶变换(FFT)方法,分析了不锈钢1Cr18Ni9Ti点焊动态电阻曲线的频谱特征,并通过对6个焊点的熔核直径的解剖验证,发现了动态电阻曲线幅频图中0 Hz及3.1 Hz处的幅频值与熔核直径成正比,3.1 Hz处的幅频值随熔棱尺寸变化的曲线斜率较小,0 Hz处的幅额值随熔核尺寸的变化更为敏感.     

电阻点焊接头熔核面积的预测

以电阻点焊接头表面的数字图像作为信息源,探索了一种新的点焊接头质量无损检测方法。首先通过图像特征分析,将焊点表面图像划分为三个特征区域,提取三个同心圆的面积作为表征接头熔核面积的特征参量。其次,以提取的特征值作为输入向量,以接头横截面处的熔核面积作为评判标准,建立点焊接头熔核面积的SVM(支持向量机)等级分类模型。实验结果表明,该模型可以有效地对熔核面积进行预测分类,实现了对电阻点焊接头质量的无损评判,经验证其准确率可达96.667%。     

点焊熔核尺寸及焊接电流逆过程设计

提出了点焊接头的逆过程设计方法,根据力学性能要求确定合格熔核的形状尺寸参数,据此构建数值模型,通过模拟计算确定形核所需的电流参数.采用三种规则形状的点焊熔核受拉伸应力的模型,研究点焊焊接结构的力学性能与熔核尺寸的关系,通过分析不同形状熔核的应力云图和拉伸应力随熔核半径、焊透率变化的关系,对熔核形状进行选择与评价;模拟分析出应力分布均匀,应力集中小的熔核形状,利用有限元方法对球台形熔核进行反向模拟计算,得到了形核所需的焊接电流曲线.     

薄件点焊熔核凝固组织分析

对常用金属材料薄件点焊熔核系统研究表明,熔核凝固组织可有二种：柱状晶组织,“柱状晶＋等轴晶”组织,而其微观结构多为树枝晶;通过对熔核孕育处理,首次获得了第三种凝固组织－单一等轴晶组织。     

TiO2粉末介质介入铝合金电阻点焊熔核形核电阻特征分析

以TiO2粉末作为添加介质进行铝合金电阻点焊. 焊接过程中利用实时传感技术对电阻点焊熔核形核过程的电极电压与焊接电流信号进行实时检测,通过对检测信号的计算和分析得到熔核形核动态电阻曲线,研究TiO2粉末介质对熔核形核与生长过程电阻特征的影响. 结果表明,随着TiO2粉末介质的介入,熔核形核动态过程发生变化,表现出不同的动态电阻特征. 由动态电阻曲线提取的接触电阻、终了电阻和形核电阻热效应3个特征值均能反映TiO2粉末介质对熔核形核质量特征的影响,且终了电阻、形核电阻热与焊点最大承载力高度线性相关,可作为检测熔核形核质量的依据.     

非等厚异种钢电阻点焊熔核成形的多元非线性回归模型

利用多元非线性回归正交组合的方法进行试验设计,分析两种厚度不一的异种钢板电阻点焊工艺.试验将表征非等厚异种钢材料电阻点焊熔核形状的熔核直径、熔核偏移,作为考察指标,将焊接脉冲电流、电极压力、焊接时间、热处理脉冲电流4个工艺参数,以及各参数之间的交互作用作为影响指标的因素,得到可预测熔核形状参数的回归数学模型.结果表明,优化的回归数学模型可实现该类非等厚异种钢电阻点焊接头熔核成形的较为有效的预测.在模型的基础上分析各工艺参数及各交互作用对焊点质量的影响规律,可进而对该类材料电阻点焊工艺参数进行优化设计.     

外加磁场对非等厚铝合金电阻点焊熔核偏移的影响

针对两层板及三层板组合下的5052铝合金进行了外加磁场与常规情况下的电阻点焊,研究了外加磁场对铝合金点焊熔核偏移影响. 结果表明,外加磁场改善了两层板及三层板非等厚度铝合金的熔核偏移情况,尤其是针对熔核偏移较严重的板材厚度组合下,外加磁场改善熔核偏移的作用更加明显. 之后针对外加磁场和常规点焊情况的不同两层及三层板铝合金板厚组合式样进行了剪切拉伸测试. 结果表明,外加磁场在改善点焊熔核偏移的同时,提高了点焊接头的强度. 因此,外加磁场是一种改善非等厚度铝合金点焊熔核偏移及提高接头剪切拉伸性能的有效方法.     

三层板铝合金电阻点焊搭接接头的弹塑性模拟

建立了1.5 mm等厚5052铝合金三层板电阻点焊接头在拉剪载荷作用下的弹塑性有限元模型.有限元模型的计算结果与试验结果吻合良好.结果表明,不同的接头设计形式导致不同的峰值载荷和断裂模式.熔核旋转对控制峰值载荷及断模式起重要作用,熔核旋转角度增加导致峰值载荷降低.断裂模式不仅与熔核旋转有关,也受接头应力分布影响.当点焊接头在拉伸过程中发生旋转时,熔核周围受到的剪切应力增大,断口形貌呈现拉长的椭圆形韧窝.当点焊接头在拉伸过程中不发生旋转时,熔核周围受到的较大拉应力,断口形貌呈等轴韧窝.     

Numerical and experimental study of nugget size growth in resistance spot welding of austenitic stainless steels

A 2D axisymmetric electro-thermo-mechanical finite element (FE) model is developed to study the effect of welding time and current intensity on nugget size in resistance spot welding process of AISI type 304L austenitic stainless steel sheets using ANSYS commercial software package. In order to improve the accuracy, temperature-dependent properties of materials are taken into account during the simulation. The diameter and thickness of computed weld nuggets are compared with experimental results. The FE predicted weld nugget growth and nugget size agree well with experimental results. The effects of welding time and current intensity on nugget growth are also studied. Generally, increasing welding time and current is accompanied by an increase in the fusion zone size with a decreasing slope. However if expulsion occurs, nugget size reduces due to melt spattering. Except for an initial nugget formation stage, welding time has minor effect on nugget size in comparison with welding current.     

电阻点焊熔核微观组织模拟

基于有限差分思想建立了电阻点焊的三维宏观传热模型,并在此模型基础上通过进一步细化网格差分得到枝晶形核和生长所需的温度信息.基于元胞自动机方法建立枝晶形核和生长的微观模型,将已建立的宏观温度场模型和微观元胞自动机模型互相耦合起来,建立了电阻点焊熔核微观组织模拟的宏微观耦合模型.利用耦合模型模拟了5754铝合金电阻点焊一定参数下熔核的微观组织形成过程,所得的模拟结果为"柱状+等轴"晶组织,与试验结果吻合较好.     

不等厚镀锌钢板的点焊模拟和熔核偏移

利用有限元分析软件ANSYS建立1/2二维镀锌钢板点焊计算模型。特殊处理镀锌层,先进行点焊预压分析,然后进行温度场的模拟分析,得到点焊接头应力分布和熔核尺寸以及温度场分布云图。分析不等厚板点焊过程中的熔核偏移现象,通过设计模拟并加以实验验证,证明了点焊硬规范能明显改善熔核偏移的结论。     

热镀锌高强钢电阻点焊的点蚀对熔核形成的影响

热镀锌高强钢由于高强度特性以及良好的抗腐蚀性,可满足汽车轻量化与安全性需要,在车身制造中逐渐得到广泛应用.但热镀锌高强钢点焊的电极磨损严重,点蚀磨损特征变化明显,对熔核形成产生较大影响.建立点焊过程的点蚀有限元模型,采用数值分析与试验方法研究点蚀对熔核形成影响.结果表明,点蚀的产生与发展增加了工件之间的实际接触面积,使电流密度降低,熔核直径减小;同边缘位置点蚀相比,电极中心位置点蚀由于对熔核区域的电流分流作用,更加不利于熔核的形成.随着点蚀面积的增大,形成环状熔核几率增加.     

电阻点焊熔核设计的数值模拟

在电阻点焊的熔核形成过程中,采用了逆向思维的研究思路,利用有限元软件建立轴时称热-电-力耦合场的模拟模型,研究并分析了点焊熔核形成过程的温度场,经过有限元反复的模拟分析获得所要求熔核的工艺参数.结果表明,通过有限元进行点焊熔核设计的研究方法是可行的,既节省了试验费用,又大大缩短了点焊试验周期.     

Enhancing nugget size and weldable current range of ultra-high-strength steel using multi-pulse resistance spot welding

ABSTRACT

This paper presents an innovative approach that uses a pulse-profile to improve the welding quality of CP1180 steel in resistance spot welding process. Three pulses with two cooling times were used in the developed multi-pulse welding (MPW) schedule. The experimental results show that the first pulse increases the contact area between the sheets to improve the current flow pattern. The second pulse was designed to extend the sheet-to-sheet contact area and corona bond for preventing rapid nugget growth. Using these designs, the nugget size was maximised through the third pulse. The maximum nugget size using the designed MPW schedule was 18.5% greater than that of the single-pulse welding schedule and the weldable current range was extended by 130%.