铝合金点焊电极端面温度数值模拟

采用数值模拟方法研究了铝合金点焊温度场及电极导电导热性能对电极端面温度的影响。电极端面温度是点焊过程温度场的一部分，为研究点焊电极端面温度，建立了铝合金点焊过程力、热、电耦合分析有限元数学模型，采用ANSYS有限元软件，数值模拟点焊过程温度场，研究点焊电极端面温度的影响因素。结果表明，一般电极／工件接触面中心温度在第17ms达到铜铝合金化温度548℃，在58ms达到最高温度577℃。但将电极电阻率降低二分之一、导热率提高一倍时，电极／工件接触面中心温度在第57ms达到最高温度488℃，点焊过程始终未达到铜铝合金化温度。电极导电、导热性能显著影响电极／工件接触面温度。     

Microstructure of deep cryogenic treatment electrode for resistance spot welding of aluminum alloy

Cr-Zr-Cu alloy electrodes for resistance spot welding of aluminiam alloy are treated by deep cryogenic treatment processes.The Cr-Zr-Cu alloy electrodes are analyzed by transmission electron microscope(TEM),and results show that the common dislocation in Cr-Zr-Cu alloy electrodes is changed into the dislocation loop,and twin crystal is found after deep cryogenic treatment.The parallel twin crystal band is observed by selected electron diffraction(SED)and the twin crystal plane is marked as(111).The Cr-Zr-Cu alloy electrode is studied by X-ray diffraction(XRD)and results show that the intensity of diffraction peak is obviously changed after deep cryogenic treatment,and the grain rotates to preferred orientation.The Cr-Zr Cu alloy electrode is studied by positron annihilation technique(PAT)and results indicate that the amount of vacancy defects is less than that of Cr-Zr-Cu alloy before deep crybgenic treatment.The main elements in Cr-Zr-Cu alloy are studied with X ray photoelctron spectroscopy(XPS)and the intensity of spectrum peak is increased after deep cryogenic treatment.     

Effect of deep cryogenic treatment on mechanical behavior of a Cu-Cr-Zr alloy for electrodes of spot welding

The effects of deep cryogenic treatment on mechanical behavior of a Cu-Cr-Zr alloy for electrodes of spot welding were investigated employing Brinell-hardness testing unit, abrasion examination machine, electronic almighty testing machine and X-ray stress analyzer. Tensile fracture surfaces of the alloy were characterized by scanning electronic microscope （SEM） with energy dispersive X-ray spectroscopy （EDS）. The results showed that, after deep cryogenic treatment, σb and σ0.2 increased 23 MPa and 21 MPa respectively, the wear rate of the alloy exhibited the trend of decrease with the decreasing temperature and increasing time of deep cryogenic treatment, and the surface residual stress of the alloy was partially eliminated by deep cryogenic treatment.     

深冷处理提高镀锌钢板点焊电极寿命的机理

为了提高镀锌钢板点焊电极寿命，作者提出了镀锌钢板点焊电极的深冷处理方法。采用不同深冷处理工艺参数处理了点焊镀锌钢板的Cr—Zr—Cu合金电极，用这些电极进行了镀锌钢板点焊电极寿命试验并与未深冷处理的电极寿命进行了比较。用扫描电子显微镜对深冷处理电极进行了背散射及面扫描分析，用X射线衍射法观测了深冷处理前后的电极晶粒度，测试了电极在深冷处理前后的电阻率。通过对深冷电极微观结构的观测及电极性能的测试，探讨了深冷处理提高镀锌钢板点焊电极寿命的机理。研究结果表明，深冷处理提高了镀锌钢板点焊电极基体的致密性，改变了合金元素的分布，细化了电极材料的晶粒，提高了镀锌钢板点焊电极的导电、导热能力及电极抗压渍变形的能力，从而提高了镀锌钢板点焊电极的寿命。     

铝合金点焊电极端面铜铝合金化热物理模拟

针对铝合金电阻点焊过程中出现的电极烧损及使用寿命短的问题,采用物理热模拟的方法,从点焊电极端面铜铝合金化的组织、成分和性能等方面进行了铝合金点焊电极端面铜铝合金化反应的行为和条件研究。研究结果表明:电极端面与工件接触界面发生铜铝合金化反应是铝合金点焊电极烧损的主要原因;铝试样端面生成了C u Al4和C u Al2,铜试样端面主要是C u Al2和少量的C u9Al4,且铜铝扩散层的硬度高于铜基体和铝基体。     

Physical simulation of alloying between copper and aluminum on electrode tip for resistance spot welding of 5A02 aluminum alloy

The application of aluminum alloy in the automotive and aviation fields is impeded by the wear and life of electrode for resistance spot welding (RSW). The alloying interaction between the copper elect...     

矩形端面电极电阻点焊温度场数值模拟

基于ANSYS有限元分析软件,对电极端面为矩形的电阻点焊温度场进行数值模拟研究.在综合考虑模拟精度和具体工艺条件的基础上,对物理模型进行适当的简化处理,建立了矩形端面电极电阻点焊温度场1/4三维有限元分析模型,接触电阻采用电阻率的形式进行处理.结果表明,在焊接初期电极压力在电极端面边缘形成较大的应力分布,使得最高温度分布在电极边缘区域,随着焊接时间增加,接触电阻减小,最高温度向内部转移形成熔核,此时与传统点焊情况相似.     

Degradation mechanism of electrode tip during resistance spot welding of aluminium alloy sheets

Abstract

This study investigated the electrode life and the electrode degradation characteristics during continuous resistance spot welding of aluminium alloy sheets. When a long welding time and dome radius type electrode were used, the electrode life was extended more than that when a short welding time and radius type electrode are used. The electrode tip is considered to degrade by the following mechanism: an Al–Cu alloy layer is formed at the electrode tip during continuous welding, and then it peels off from the electrode tip transferring to the surface of aluminium alloy sheet. Its peeling makes the electrode tip indented and finally the electrode tip flattens with increasing diameter of electrode tip. In order to eliminate the direct contact between electrode and worksheet, a special Cu foil insert device for resistance spot welding of aluminium alloy sheets was developed and an extremely long electrode life was achieved.     

微型点焊时电极表面熔敷TiC涂层对电极失效的影响

研究了表面处理对微型点焊镀镍钢板和镍板时电极失效的影响.结果表明:微型点焊镀镍钢板和镍板时电极的失效主要是电极头部的塑性变形以及电极和镀镍板之间局部焊接的断裂发生在电极表面而导致的电极磨损;表面涂敷TiC的CuCrZr电极的寿命(1 200点)是CuCrZr电极寿命(600点)的两倍,表面处理能提高电极寿命的主要原因是表面涂敷的TiC颗粒能阻碍电极和镀镍板之间的局部焊接,以及减小电极表面的塑性变形.     

电极点蚀形貌对铝合金电阻点焊的影响

采用有限元分析和物理模拟相结合的方法,研究了环形和孔形两种电极点蚀形貌对铝合金AA5182电阻点焊的影响.结果表明,环形点蚀使两试件间接触半径增大,电流幅值基本不变而峰值略外移,所得熔核直径略有增大;孔形点蚀使试件间接触半径增大更为显著,电流密度降低,且由于此时界面中部没有电流流过,材料不能熔化,只能形成环形熔核.孔形点蚀使点焊接头强度大大降低,其对接头强度的不利影响远大于环形点蚀.     

Numerical simulation on temperature field for resistance spot welding of non-equal thickness stainless steel

An axisymmetrie finite element model is developed to simulate the temperature field of resistant spot welding according to the process characters of nugget formation of non-equal stainless steel sheets. A simulation method of the interaction of electrical and thermal factors is presented. The spot welding process of nugget formatian is simulated using hard and soft welding technique norms. The heating characters of soft and hard norms determine the differences in the process of nugget formation and determine the finally shape and offset of nugget. Experimental verification shoics that the model prediction agrees well with the practical.     

基于LabVIEW铝合金点焊电流和电极压力监控系统的研究

在监控铝合金电阻点焊焊接过程中,还没有一种传感器可以准确可靠地检测出熔核的成形质量.在点焊过程中压力信号被认为能够提供关于熔核成形最多的信息.利用LabVIEW语言开发了点焊监控系统,对电流信号及电极压力信号进行实时采集,可以有效地检测点焊熔核质量的变化.     

铝合金电阻点焊电极寿命及其烧损原因分析

针对铝合金电阻点焊存在电极烧损和寿命短等缺点,结合国内外相关工作的研究状况,从铝合金点焊电极端面存在的问题、铝合金点焊电极烧损及其影响因素、铝合金点焊电极端面铜铝合金化等方面,分析总结了铝合金点焊电极烧损与寿命短的原因。结果表明:铝合金电阻点焊电极端面与工件界面铜铝合金化是电极烧损及寿命短的主要原因;而探索控制电极端面铜铝合金化反应的措施,是减弱电极烧损程度,提高铝合金电阻点焊电极寿命的重要途径。     

2219铝合金电子束焊接匙孔演变过程的数值模拟

文中主要借助Fluent软件,基于有限体积离散方法建立了2219铝合金电子束点焊熔池传热、流动和匙孔演变的二维耦合数学模型.在模型中,考虑了表面张力、Marangoni剪切力、流体静压力、金属蒸气反冲压力的作用,并采用VOF(volume of fluid)方法跟踪了匙孔的形成与演变过程.结果表明,反冲压力钻取和涡旋输运的综合作用是匙孔加深的根本原因;沿深度方向热源功率密度的降低会导致前者钻取速度的减小.铝合金的点焊工艺试验表明,数值计算结果与实际吻合较好.     

深冷处理对铝合金点焊电极烧损的影响

为研究深冷处理对铝合金点焊电极烧损的影响，采用深冷处理和未深冷处理两种铝合金点焊电极进行了点焊工艺试验，观测了两种电极端面宏观形貌和焊点表面宏观形貌。测试了达到未深冷处理电极寿命焊点数时两种电极端面的显微硬度。采用X射线衍射方法对达到未深冷处理电极寿命焊点数时的两种电极端面进行了分析。研究结果表明：在点焊工艺试验过程中，在一定的焊点数条件下，深冷处理电极端面和所焊焊点表面比较光亮、圆整；电极端面的显微硬度较低，并且分布均匀；电极端面未发现烧损后的产物，深冷处理使电极烧损程度显著降低。     

铝合金电阻点焊中点蚀环形成的数值分析

为减少电极点蚀,提高电极寿命,建立了铝合金电阻点焊过程数值模拟的有限元分析模型,利用大型软件ANSYS Workbench考察焊接过程中电极表面温度、电流密度、电极压力的分布情况.结果表明:在电极与工件接触区的边缘处存在电极压力和电流密度集中区,并且此处存在明显的高温现象.由此推断,电极表面上点蚀环的形成主要是由于电极...     

超声冲击改善6061铝合金焊接残余应力的数值模拟

运用ANSYS有限元软件对无应力和存在焊接残余应力的6061铝合金试板的超声冲击过程进行了数值模拟,并和实测结果进行了对比.结果表明,对于无应力试板,冲击中心表面为压应力,周围为拉应力;在冲击中心沿板厚方向,应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随冲击过程的进行,材料整体应力水平不断提高;对于存在焊接应力的试板,增加载荷位移,冲击区域的应力降幅也随之增大,最大拉应力逐渐向母材区转移且其峰值也不断下降,应力降幅符合实测结果.     

电阻点焊电极头冷却对流换热数值模拟与分析

电阻点焊是在汽车车身装配过程中应用最广泛的一种焊接工艺,点焊工艺过程的效率依赖于电极头的寿命,而电极头水冷效果的好坏与连续工况下电极头的寿命直接相关.围绕电阻点焊工艺过程中冷却水的冷却作用问题,运用数值模拟的方法,真实地模拟了电极头冷却腔内流体流动的情况,并对冷却水作用和电极头对流换热的问题进行了详尽的分析,为进一步提高电极头水冷效果,延长电极头寿命奠定了基础.     

铝合金电阻点焊中电极点蚀的形成机制

建立了铝合金电阻点焊过程数值模拟的有限元分析模型,考察了焊接过程中电极与试件界面上接触半径的变化,以及电极尖端表面上电极压力、电流密度和温度的分布.结果表明:所考察的焊接条件下,接触半径在焊接过程中逐渐增大,电极端面的中部温度最高,而电极压力和电流密度均在接触区边缘集中.实验研究发现电极表面上最初的点蚀部位呈环形,其半径与接触区半径基本一致,由此推断,环状电极点蚀主要是接触区边缘明显的应力集中所致.为减少电极点蚀提高电极寿命,电极的形状设计应使电极与工件接触界面上的应力集中尽可能减小.     

点焊电极球面半径对熔核尺寸的影响

在影响点焊质量的诸多因素中,电极半径的作用不容忽视.利用ANSYS软件,建立1/2轴对称模型,在解决接触问题的基础上,对点焊过程进行数值模拟,定量研究了球形电极端面半径变化对低碳钢点焊熔核尺寸的影响,分别计算出采用不同电极球面半径点焊时的熔核尺寸,并通过实际施焊验证了模拟的准确性.结果表明,电极球面半径变化对熔核直径、工件焊透率有显著影响,而对热影响区外围空间尺寸影响不大,计算结果与试验结果误差在10%以内.