铝合金电阻点焊碲铬铜电极的寿命研究

针对传统铝合金电阻点焊电极易点蚀,导致生产效率低下以及焊点质量不稳定等问题,开发了一种由碲铬铜合金制备的电阻点焊铜电极。通过对比研究碲铬铜电极与传统铬锆铜电极,得到焊点的熔核直径、焊接接头的拉剪力、电极与板材间的接触电阻等随着焊接次数的变化规律,结合激光共聚焦显微镜分析证明了碲铬铜电极相较于传统铬锆铜电极具有更长的电极寿命,最终通过铝铜金属间化合物的生长揭示了电极寿命延长的原因。     

不锈钢多脉冲点焊过程热膨胀电极位移的变化规律

热膨胀电极位移是反映电阻点焊质量变化的重要指标,然而多脉冲焊接条件下热膨胀电极位移的动态变化与熔核生长的关系规律尚不清楚。基于商业有限元仿真软件ANSYS建立2D轴对称电-热-力耦合模型,对奥氏体不锈钢点焊过程中熔核生长、热膨胀电极位移变化以及各阶段电流对熔核形成的影响规律进行研究,并通过点焊实验对数值计算模型的有效性进行验证。研究结果表明:熔核首先在工件接触面处产生,然后沿径向与厚度方向生长,最终形成椭球状焊核;热膨胀电极位移与液态熔核尺寸具有相同的变化趋势,在焊接后期熔核进入平稳生长后,二者趋于线性相关。多脉冲焊接条件下焊接脉冲对熔核生长影响最大,预热脉冲和回火脉冲对其无明显影响。     

点焊熔核尺寸与工艺参数关系的模型化处理

针对生产中常用的 1Cr18Ni9Ti板材 ,采用正交试验设计法研究了其交流点焊接头的熔核尺寸 (熔核直径、焊透率 )受主要焊接工艺参数影响的规律性。对实验数据进行了多元线性回归 ,建立了熔核尺寸与焊接电流、焊接时间、电极压力、电极端面尺寸、工件厚度之间关系的数学模型 ,并采用该模型对熔核尺寸进行了预测     

电阻点焊工艺对GH163镍基高温合金接头性能的影响

通过电阻点焊对1.5mm厚GH163镍基高温合金进行焊接,研究了焊接电流、电极压力、焊接时间对接头显微组织、显微硬度和拉剪力的影响,得到了较佳的焊接参数。结果表明:接头熔核区均匀分布着细小的枝状柱状晶,其生长方向垂直于熔核弧线,与熔核的散热方向一致,晶粒随着电流的增大而变细;接头显微硬度随着距熔核中心距离的减小而增大,随着焊接电流的增大整体呈现增大趋势;接头的拉剪力随焊接电流的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势,随着焊接时间的延长而逐渐增大,随着电极压力的增大而下降;当电极压力为11.0kN、焊接电流为7.1kA、焊接时间为0.50s时,接头的综合性能最佳,熔核直径达到7.14mm,室温和高温拉剪力分别为15.34,13.13kN,拉伸断裂方式为母材撕裂。     

以NiCr合金为中间层电阻点焊钛与不锈钢接头的组织与剪切力

以100μm厚的NiCr合金为中间层对TA1钛板与SUS304不锈钢板进行电阻点焊,观察并分析了接头的组织特征,研究了焊接工艺参数对接头熔核尺寸和剪切力的影响。结果表明:在熔核区外侧界面处的近钛侧形成了厚约50μm的由α-Ti和Ti_2Ni组成的反应物层;在熔核与钛之间存在厚约15μm的由α-Ti和TiFe组成的反应物层,与不锈钢之间存在厚约7μm的由TiFe_2和铁组成的反应物层,熔核中部主要由TiFe和TiFe_2混合物组成;接头熔核直径随焊接电流的增大和焊接时间的延长而增大,随电极压力的增大而稍微下降;接头剪切力随焊接电流和电极压力的增大以及焊接时间的延长呈先增大后下降的趋势;剪切试验后,接头均在结合界面处撕裂。     

CP780镀锌复相钢板电阻点焊焊接特性

对1.5 mm厚CP780镀锌复相钢板进行电阻点焊,研究了其焊接电流窗口、显微组织和力学性能,评估了点焊过程中电极的使用寿命.结果表明:试验钢板电阻点焊的焊接电流窗口为6.0～8.0kA,最大和最小焊接电流下焊缝组织均主要为板条状马氏体,热影响区组织则主要由马氏体和部分铁素体组成;最大和最小焊接电流下熔核区硬度高于热影响区,且热影响区均存在软化区;最大焊接电流点焊接头的最大剪切力和最大正拉力分别为21.80,10.56 Kn,比最小焊接电流下分别提高了51.8％,38.0％;在最大焊接电流下连续焊接2000点后,熔核直径仍均大于临界熔核直径,电极使用寿命超过2000点.     

基于动态电阻理论的支持向量机点焊质量评估方法

电阻点焊过程是一个具有高度非线性、有多变量耦合作用和偶然不确定因素的过程,且熔核形成过程时间极短,因此在工程应用中,大多采用破坏性试验检验焊接质量。针对这一问题,利用电阻点焊过程中动态电阻理论,建立了支持向量机预测模型,对点焊进行无损检测、质量评估。分析了电阻点焊过程、动态电阻的变化过程和熔核的形成过程,进而建立了支持向量机回归预测模型。利用该数学模型预测熔核直径的大小,评估焊接质量。利用焊接电流、焊接时间等主要焊接参数构造支持向量机样本数据,预测熔核直径。通过试验仿真证明,该模型能够较为准确地预测熔核直径。     

热成形钢板与双相钢板焊点失效模式研究

针对热成形钢板与双相钢板的焊点失效模式,采用试验+模拟的方法进行研究。通过数值模拟得到了合适的焊接工艺窗口,在此基础上研究了焊接时间、熔核偏移等对焊点力学性能的影响。拉剪试验结果表明：随着焊接时间的延长,焊点失效模式由界面断裂向熔核拔出转变。研究失效模式发现,熔核偏移对熔核拔出失效部位影响极大,即薄板与厚板焊接时,熔核更容易从薄板拔出;板厚相同时,熔核更容易从热成形钢侧拔出。最后结合试验数据建立了焊点力学模型,得到热成形钢板和双相钢板焊点失效准则。     

铝合金点焊拉剪接头疲劳性能及寿命分析

研究了铝合金AA5754点焊拉剪接头的疲劳性能,获得了不同厚度试件的载荷寿命曲线。研究了铝合金焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式,并测量了裂纹扩展路径与点焊熔核界面之间的角度。分析了点焊拉剪试件在同时承受I型和II型载荷时,疲劳裂纹的扩展方向,并与测量值进行了比较。利用疲劳破坏后沿铝板厚度方向的实际裂纹长度修正了裂纹尖端的局部应力强度因子,提出了评价焊点寿命的疲劳参量K(i),并对试验数据进行了分析比较。结果证明K(i)可以有效关联试件尺寸效应和焊点疲劳寿命,能够用于预测焊点疲劳寿命。     

5056铝合金/镀锌钢预置涂粉激光熔钎焊组织及性能研究

针对铝/钢焊接的技术难点,采用预置金属粉末的方法,对5056铝合金与ST04Z镀锌钢板进行CO2激光搭接熔钎焊,分析熔钎焊接头成形、接头连接界面的显微组织及其力学性能。结果表明,选择合适的焊接参数,涂粉后能够实现铝合金与镀锌钢的优质连接;熔钎焊接头没有明显的针状Al-Fe金属间化合物向熔化区析出,且过渡层最大厚度小于10μm,在熔化区边缘和熔化区与铝合金结合处熔钎焊根部出现两个富Zn区,Si、Zn、Mn、Mg等元素与Fe和Al或直接形成化合物,或形成固溶物,抑制了Al与Fe直接接触形成脆硬的金属间化合物;接头拉伸试样断裂形式有母材热影响区断裂和焊缝处断裂两种,焊缝处断裂面在铝熔化区一侧,接头平均机械抗力达190 N/mm,约为母材的85.2%。采用此方法可减小铝/钢熔钎接界面过渡层厚度,获得力学性能良好的熔钎焊接头。     

铝合金点焊前期温度场特征的研究

铝合金点焊是一个高度非线性的力、热、电相耦合的复杂过程,其接触电阻同时具有分布上的随机性和变化上的高度非线性双重特征。在深入分析铝合金点焊电接触特点的基础上建立了一种新的接触电阻数学模型,并利用该模型对其点焊加热前期的温度场进行了数值模拟。结果表明,在通电的第一个1/4周波内,温度场分布极不均匀,电极的烧损与飞溅等缺陷主要发生在这一阶段;在第一个半波内,熔核已经基本形成;结果还表明,在铝合金的点焊中,电极的局部烧损与粘连是很难避免的。     

点焊过程力学特征的有限元分析

电阻点焊过程中的力学特征对焊点性能和焊接结构的质量有重要影响。文中基于ANSYS有限元系统，建立二维轴对称热弹塑性有限元模型，对点焊过程中的力学特征进行分析。分析中将预先得到的点焊瞬态温度场作为节点温度载荷施加于模型上，同时考虑随温度变化的材料性能及其塑性行为。通过分析得到结合面和电极一工件界面上的接触压力、点焊接头中的应力、应变、变形以及电极位移等力学特征的分布及变化情况。同时参考分析结果进行粘接点焊的试验研究，表明粘接点焊可以显著提高结构的强度和疲劳寿命。     

电极形状对铝-钢点焊接头组织及力学性能的影响*

研究6061-T6铝合金-SUS301L不锈钢异种金属电阻点焊接头的微观组织特点及电极形状的影响规律。结果表明,铝-钢点焊接头具有熔-钎焊特征,铝合金熔核由α-Al胞状晶、胞状树枝晶和树枝晶组成,铝/钢界面层具有双层结构,靠近铝熔核侧主要为细针状Fe₄Al₁₃,靠近不锈钢侧主要为Fe₂Al₅金属间化合物,接头主要为界面断裂模式,铝/钢界面是点焊接头最薄弱的区域。电极形状对铝合金-不锈钢点焊接头具有明显的影响。获得的优化电极形状为：不锈钢侧为圆形平面电极,电极端面直径为10 mm;铝合金侧为球面电极,球面半径为35 mm。在优化电极条件下,铝合金-不锈钢点焊接头的熔核直径、拉剪力及压痕率分别为7.5 mm、4.7 kN和13.5%。与采用F型电极相比,其熔核直径和拉剪力分别提高53.1%和56.7%,压痕率降低47.3%。因此,采用优化电极更有利于改善铝合金-不锈钢电阻点焊接头的力学性能及表面质量。     

Investigations on the weldability of high-strength steels sheet to cylindrical tube single-sided spot welding

With the promotion of weight reduction, hydroformed tubes have been widely used in vehicle construction. Because of different section shapes in hydroformed tubes, sheet to cylindrical tube joining process by single-sided spot welding (SSSW) is proposed in the present paper. However, because of line contact status and low structural stiffness, welding deformation often occurs. As a result, doughnut weld nugget is formed, and welding quality is affected. In this study, the microstructure and microhardness of the doughnut weld nugget are investigated, and the weldability of high-strength steels sheet to cylindrical tube SSSW with different electrode force, tube thickness, and radius is explored, respectively, through the analysis of dynamic electrical resistance. Because of special structural characteristics, the weld lobe for sheet to cylindrical tube SSSW is very narrow. Owing to high dynamic resistance, the weld lobe is moved to the left with small electrode force or high tube thickness, and the weld lobe is expanded with thick cylindrical tube. With the decrease of tube radius, crack or expulsion easily occurs, and the weld lobe gets narrow. Welding time is also found to be an important parameter, which influences the weldability because proper welding time can enlarge the weld lobe.     

材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响

采用左螺纹圆柱搅拌头对O态和T4态2024铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,研究了材料性能对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响,并用软性约束分析了材料性能对焊核尺寸的影响。试验结果表明：焊缝形貌受焊核周边金属约束的影响,约束程度与材料力学性能和温度有关。O态2024铝合金对接焊时,软性约束体对塑性金属横向迁移的约束小,焊核面积和焊核宽度较T4态2024铝合金的焊核面积和焊核宽度大。两种热处理状态2024铝合金对接焊时,强度和硬度较高的T4态2024铝合金置于返回边时,在焊缝两侧、前进边的软性约束体对塑性金属的约束较返回边的软性约束体对塑性金属的约束强,焊核向返回边偏移;由于在返回边有更多的塑性金属,使其沿焊缝厚度方向向上的运动趋势增强,因此返回边的焊核高度较前进边的焊核高度高。对T4态2024铝合金进行适当的预热,会增强焊缝金属的塑化程度,使其向焊缝两侧的迁移运动趋势增强,焊核宽度及面积增大。     

金属冷压焊结合机理的试验研究

针对金属冷压焊的结合机理,采用中子活化、电镜扫描、光谱分析等测试手段对金属冷压焊接头界面原子扩散行为进行了综合试验测定,发现在所测试的冷压焊接头中不存在异种金属间的相互扩散行为。进一步对冷压焊接头界面区的透射电镜观察分析表明：接头界面区是由挤压碎化的细晶构成,碎化的细晶在界面处相互咬合增加了相焊金属间物理接触面积,形成碎化细晶之间的晶间结合,无需金属原子间的扩散就能实现结合。根据上述分析结果,实现了非共格金属间及液相、固相不相溶金属间的对接冷压焊。并进一步说明了各种不同组配异种金属间的冷压焊接性     

三层不锈钢板电阻点焊温度场数值模拟

根据三层不锈钢板电阻点焊熔核形成过程,建立了模拟三层板点焊温度场的轴对称有限元模型。在分析了三层板点焊的热电过程基础上,计算结果表明三层板点焊熔核初期是先形成包含中间板和上下工件/工件接触面的较小的熔核,随时间延长,熔核再沿轴向和径向逐渐长大的过程。通过试验验证表明,数值模拟结果与实际吻合良好。该模型为进一步的电阻点焊多层板的温度场和应力场分析提供了基础。     

Experimental and numerical study of the temperature field during creep feed grinding

In this study, commercially pure titanium sheets (American Society for Testing and Materials grade?2) were welded by resistance spot welding at various welding parameters. The welded joints were subjected to tensile-shearing tests in order to determine the strength values. In addition, the hardness and microstructural examinations were carried out in order to examine the influence of welding parameters on the welded joints. The experimental results showed that increasing electrode force, welding current and welding time increased the tensile-shearing strength of the welded specimens. Hardness measurement results indicated that welding nugget had the highest hardness and this was followed by the heat-affected zone and the base metal. Microstructural examinations showed the growth of the weld nugget grains with increasing heat input. Besides, due to plastic deformation during the welding process, twins were formed and at the same time twins increased with increasing electrode force, welding current and welding time.