真空电阻凸焊过程的有限元模拟分析

采用真空电阻凸焊进行MEMS器件的封装,可以提高成品率,降低成本.针对MEMS真空电阻凸焊过程建立热、电、结构三场耦合的有限元模型,通过分析得到凸焊筋的压溃过程、焊核的形成过程等一系列结果.结果表明,凸焊筋的压溃主要发生在通电过程的前半部分时间内,而以后的通电时间主要是凸焊筋部分金属熔化,最终形成凸焊焊核的过程.在此基础上分析凸焊筋角度对焊接质量的影响,凸焊筋角度为60°时得到的焊核较大.最后进行焊接以及焊后拉伸试验,试验结果与模拟结果一致.     

多点凸焊熔核形成过程数值模拟及应用

建立了多点电阻凸焊过程的热电耦合ANSYS模型,指出了在多点凸焊过程中电流出现明显的分流现象.发现了在通电焊接的过程中,受温度和压力综合影响,上工件与下工件的接触点电流密度最大,两侧电流密度值则呈明显下降趋势.并以金属波纹填料凸焊过程为应用实例,对该过程热学和电学行为进行了定量的分析.结果表明,在0.17 mm厚的304不锈钢孔板波纹填料板的凸焊过程中,数值模拟得到的不同时刻熔核温度场、熔核尺寸与实测结果吻合良好,此方法可为多点凸焊工艺参数设计和优化提供理论依据.     

真空电阻凸焊预压阶段的有限元数值模拟

许多MEMS元件需要在真空条件下才能保持良好的性能,采用真空电阻凸焊技术可以达到相当好的真空密封效果.真空电阻凸焊预压阶段采用不同凸焊筋角度和不同预压力对凸焊最终质量都有很大的影响.根据MEMS元件凸焊的具体情况,建立了一个二维有限元凸焊模型,通过时不同预压力和不同角度凸焊筋顶角的有限元接触分析,得出不同预压力和凸焊筋顶角的凸焊筋塑性变形和接触压力分布状况等结果,并通过分析结果得出预压力和凸焊筋顶角对预压变形和接触应力分布的影响规律.文中的结果为凸焊机理研究和MEMS元件凸焊封装外壳的优化设计打下了良好的基础.     

轿车车门铰链焊接变形分析I.基于复合有限元法的凸焊工艺过程模拟

作为轿车车门铰链凸焊焊接变形研究工作的一部分，根据轿车车门凸焊的具体情况，建立了一个二维有限元凸焊模型。并通过一个复杂的复合有限元分析流程，对整个凸焊工艺过程进行了完整的分析，得到了凸焊凸点压溃过程，凸焊焊核成形过程以及焊后温度场分布等一系列结果。并将模拟得到的成形焊核与试验结果相比较，得到了较好的结论。文中的研究结果将为接下来的凸焊焊后残余应力和焊接变形分析打下良好的工作基础。     

螺母凸焊工艺参数优化

螺母凸焊工艺就是利用螺母上预制的凸点焊到另一块面积较大的零件上。因为是凸点接触 ,提高了单位面积上的压力与电流 ,可用于厚度比超过 1 :6的零件焊接。螺母凸焊后有足够的抗扭强度 ,在交变载荷作用下不会松动 ,产品质量好 ,生产效率高。1　焊接工艺对凸焊螺母质量的影响螺母凸焊有凸点压溃这一不同于点焊的特殊的工艺过程 ,使其焊接工艺参数的选择较之点焊工艺更为重要。在通电焊接时 ,凸点处的电流密度最高 ,它在加热过程中很快被完全压溃。这时 ,凸点处熔核的形成与加热速度有很大关系。由于焊件较薄 ,面积又大 ,又有下电极的强烈散热…     

汽车用DP800双相钢电阻点焊温度场数值模拟研究

采用SORPAS专用电阻焊有限元软件,对1.4 mm的DP800双相钢电阻点焊温度场进行了模拟,并将熔核形貌模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,在参考工艺下,通电加热阶段电极和焊件峰值均升高,工件温度升高速度明显高于电极,通电过程结束时电极峰值温度达最高值566℃,焊件峰值温度达2120℃;随着焊接电流的增加,热循环曲线逐渐上移,加热速度和最高温度逐渐升高,高温停留时间延长;随着焊接时间的增加,加热速度没有明显变化,最高温度逐渐升高,高温停留时间延长;在没有飞溅的条件下模拟熔核形貌与实验结果基本吻合,但在大电流条件下由于飞溅的产生,造成模拟熔核尺寸大于实际结果。     

铝合金与钢的电阻凸塞焊

采用电阻凸塞焊新方法对A6061铝合金和Q235低碳钢进行焊接,观测了接头微观形貌并检测了接头特征区域的化学成分,对接头的力学性能进行了测试。结果表明:在电阻凸塞焊中,以钢/钢同种材料界面取代铝/钢异种材料界面实现了接头的可靠连接,避免了在焊接接头产生较多脆性的金属间化合物。与普通点焊的接头相比,电阻凸塞焊接头的力学性能有明显的提升;工艺孔直径为10.0 mm时,接头最大抗剪力达到6.28 kN,接头断裂属于塑性断裂。对于铝合金/钢异种材料的连接,电阻凸塞焊是一种有效的工艺方法。     

轻微型汽车制动蹄电阻凸焊工艺与设备

本文叙迟制动蹄凸焊特点,并通过对其焊接接头形成过程的分析,提出了它与平板凸焊所不同的见解;介绍了研制的凸焊设备和所焊产品的质量情况,以及制动蹄采用凸焊所具有的显著效益。     

线性摩擦焊接头通电热处理的温度场模拟

基于电流生热理论,使用ABAQUS软件对TC4钛合金线性摩擦焊接头的直接通电热处理过程进行了模拟,得出了不同电流下温度场的分布云图以及特征点的温度变化曲线。为验证模拟的准确性,在电阻点焊机电源下对线性摩擦焊接头进行了通电热处理,并运用红外设备对热处理过程中接头表面温度场进行了测量。通过模拟与试验对比,发现二者吻合性较好,说明该模型可正确预测通电热处理温度场,为合理选取通电热处理参数提供理论依据。     

电阻凸焊在钢筋连接中的应用

电阻凸焊是一种操作简单、变形小、生产率高且环保的优良焊接工艺。将电阻凸焊应用于钢筋连接,既节约钢材,又能提高结构承载力。通过大量的试验与理论分析,充分探索这种成型工艺的可行性,主要对钢筋焊接过程中容易出现的问题,采取相应的控制策略,以期获得外观质量与力学性能均符合规范要求的优良焊缝接头。此研究成果对采用电阻凸焊进行各种类型钢筋的焊接具有一定的参考。     

冷热冲击对无铅钎料可靠性的影响

文中对比了一种新型低银钎料Sn-Ag-Cu-Bi-Ni（SACBN07）与市场上的SAC305,SAC0307两种无铅钎料的抗冷热冲击性能.利用纳米压痕试验等微观测试方法研究时效后界面组织及力学性能的变化.结果表明,SACBN07的抗冷热冲击性能最好,焊点失效后三种材料中裂纹的扩展路径不同,SAC305失效裂纹位于体钎料中,SACBN07钎料断裂位置逐渐由钎料基体转移到金属间化合物（IMC）层中,而SAC0307断裂位于界面IMC中;钎料中Bi,Ni元素的加入有效地抑制了IMC的生长,相同冷热冲击时间,SACBN07钎料中界面IMC厚度最薄;SACBN07体钎料的硬度受冷热冲击影响最小,时效后仅降低了8.6%,而SAC305与SAC0307分别降低了12.5%和28.3%.     

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.     

电阻点焊熔核形核信息的声发射信号表征

以结构负载压电传感的方式,研究借助声发射信号表征电阻点焊铝合金过程的熔核形核信息,包括焊接过程的声发射信号表征和熔核质量信息的声发射信号表征.结果表明,电阻点焊不论是稳定形核还是非稳定形核均可以用声发射信号来表征熔核形核的不同物理阶段.熔核形核的飞溅、开裂等特征事件也可以利用电阻点焊过程声发射信号的形核声发射特征参数来予以界定.声发射特征参数与熔核形核尺寸、焊点拉剪载荷具有较好的相关性.可以使用焊接过程中的声发射特征参数作为检测或预测熔核形核尺寸和焊点拉剪载荷的依据之一.     

不锈钢点焊热过程的协同控制策略

着重探讨了协同控制法应用于不锈钢点焊过程控制的特殊性、必要性与适用性.针对动态电阻单调下降的不锈钢材料,以工艺试验确定的实际熔核形成起点,把焊接热过程明确划分为未形核与形成熔核两个阶段.进而,在这两个阶段中分别采用恒流控制和基于给定动态电流滞后角特性的模型化控制技术,即协同控制策略.结果表明,该监控策略能够保证不锈钢材料电阻点焊热过程的形核起点稳定,从而确保了阈值法控制的可靠性,焊接品质优良.     

电阻缝焊数值模拟研究进展

电阻缝焊过程的热影响区随着滚轮电极的旋转而不断移动,熔核彼此搭迭,形核过程处于封闭状态且无法观测,焊接参数及性能比点焊更加难以准确计算. 数值模拟作为一种功能强大的分析手段,解决了电阻缝焊领域中传统分析方法无法解决的问题,越来越受到焊接研究人员的重视. 文中综述了国内外近几年来的研究成果,对比了电阻缝焊与电阻点焊的特点,总结出电阻缝焊过程中电流场、温度场、应力场(应变场)三大领域的数值模拟方法,以及焊后焊缝形状、焊缝跟踪、无损探伤等智能控制技术,并对这些方法的原理进行了分析和探讨,提出开发多参数、多变量综合数学模型是将来电阻缝焊数值模拟技术的研究重点. 此外,指出发展与先进的在线实时监控系统及无损检测技术相适应的数值模拟技术将是电阻缝焊重要的研究方向.     

Resistance spot welding and the effects of welding time and current on residual stresses

A 2-D finite element model is developed based on fully coupled electrical-thermal and incrementally coupled thermal-mechanical analysis. The growth rate of the weld nugget as a function of welding time and current is studied. Comparison of the predicted results with the experimental data shows good agreement. Contact area variations and pressure distribution between the sheets’ faying surface and electrode-sheet interfaces during the welding process are studied. Compressive radial residual stress on the surface of the specimen obtained in the center region of the nugget while it becomes tensile and rises toward the nugget edge. The maximum tensile residual stress occurs outside of the nugget, near the edge region. The effects of welding time and current on distribution and magnitude of welding residual stresses are also investigated. The magnitudes of radial residual stresses in the inner and outer areas of the weld nugget grow with increasing the welding time and current while they decrease slightly in the edge regions of the weld nugget. The growth rate of the maximum residual stress reduces with increase in the welding time and current. This fact is more tangible for welding time.     

镀锌钢板点焊电极寿命预测

采用连续点焊试验与数值模拟相结合的方法预测电极寿命,即利用镀锌钢板连续点焊试验得出电极端面直径随焊接点数增加的规律,并用ANSYS软件模拟不同电极端面直径下点焊区域温度场,得出对应的熔核直径.综合试验及模拟结果得出焊接点数与熔核直径的关系,在定义了保证焊点质量的临界熔核直径情况下,即可得出相应的临界电极端面直径和连续点焊可焊点数,从而预测电极寿命.结果表明,两种方法得出的熔核直径的误差不超过15%.此方法对实际生产过程中的电极修整及更换周期制定具有一定的指导作用.