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.     

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。     

管板单边电阻点焊过程预压接触分析

通过建立轴对称有限元模型,对管板单边电阻点焊预压过程中电极与板以及板与管间接触行为进行了研究,系统分析了预压阶段接触区域范围及接触压力分布的影响因素.研究发现,管板焊接过程预压阶段的接触压力分布与传统点焊过程预压阶段接触压力分布有很大的不同.在电极和板以及板和管之间均形成环状接触区,可能导致焊后形成环状熔核;预压过程中,电极和板间接触区不受压力变化影响,板和管间接触区则受压力影响明显;接触区域大小和电极端面直径、管板厚度等因素均有关系.试验表明,所建模型的模拟结果与实际是相吻合的,为今后管板电阻点焊工艺参数优化及车身轻量化中管板厚度比优化提供有效依据.     

DP590镀锌钢板电阻点焊熔核形成过程温度场数值模拟

基于SORPAS软件,对1.4 mm厚的DP590镀锌钢双层板电阻点焊熔核形成过程进行了数值模拟,并对比不同焊接参数下熔核尺寸的模拟值与实测值。结果表明,在电极压力4 k N、焊接电流8.4 k A、焊接时间20 cyc参数下,最高温度在两钢板接触界面处,峰值温度为1 808℃;模拟了DP590镀锌钢板电阻点焊过程中形核的不同阶段熔核附近温度场分布情况,得到了钢板和电极的峰值温度随时间变化曲线;随着焊接电流的增加,熔核尺寸呈现逐增加的趋势,模拟结果与实测结果吻合,但在小电流条件下以及大电流飞溅条件下,模拟值与实测值误差仍较大。     

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。     

球形电极电阻点焊过程的热力耦合分析

基于有限元理论建立了球形电极电阻点焊过程的电热力耦合模型，以ANSYS软件为平台分析了点焊的预压以及熔核的形成、长大及断电冷却过程。模拟得到了焊接过程中温度场、应力应变场的分布以及接触面积的变化，经过试验验证了所建电热力耦合模型的正确性。     

铝合金电阻点焊过程的有限元模拟

建立了铝合金电阻点焊过程的有限元分析模型，采用基于显微接触理论的接触电阻模型模拟点焊过程中试件与试件界面上的接触电阻。计算获得了焊接过程中电极／试件和试件／试件接触界面上接触半径的变化，以及试件间界面上压应力、电流密度和温度的分布。试验考察了熔核的形成和长大过程。比较表明，计算与试验测量结果符合很好，证实了所采用的接触电阻模型在铝合金电阻点焊模拟中的正确性和适用性。     

铝合金点焊残余应力的有限元模拟分析

通过建立铝合金电阻点焊过程的有限元分析模型,模拟了电阻点焊过程温度场的变化情况.揭示了铝合金点焊过程中的熔核产生、形成及长大过程.对在热栽荷和电极压力作用下焊点残余应力的分布情况分别进行分析,并使用X射线衍射法测量了不同电极压力及持压时闻下焊点的残余应力大小,比较表明,计算结果与试验结果相符,证实了铝合金点焊残余应力的有限元模拟的正确性和适用性.     

热镀锌钢板点焊的点蚀对电极使用寿命的影响

热镀锌钢板点焊时电极磨损严重,点蚀特征变化明显.建立点焊过程中的电极端面接触电阻模型与接触热阻模型,分析点蚀变化对电极使用寿命的影响,并进行相应试验验证.结果表明.点蚀的产生与发展使电极端面接触电阻与接触热阻增大,导致电极端面温度升高、电极使用寿命降低.试验研究表明,热镀锌钢板点焊的点蚀区域在高温高压下容易产生微裂纹,镀锌层金属元素沿微裂纹渗八电极的内部,加速了电极失效.     

基于ANSYS的管板单面电阻点焊数值模拟

针对管板单面电阻点焊工艺,建立其焊接过程的热、电、力耦合有限元分析模型,研究了焊接过程中的接触状态变化、温度场分布和焊接变形过程,揭示了环状熔核的生成机理,并利用金相试验和电极位移曲线对模型进行了验证.结果表明,计算结果与试验结果基本相符,证实了数值模型的正确性和适用性.研究结果可为管板单面点焊焊接机理和质量监控方法研...     

Numerical simulation of spot welding for galvanised sheet steels

Abstract

Galvanised sheet steels are now widely used to be the substrate for body in white (BIW) construction in the automotive industry. Weldability of galvanised sheet steels much worsened compared to spot welding of low carbon steels. The present paper develops a 2D axisymmetric model and employs an incremental coupled thermal–electrical–mechanical analysis to predict the nugget development during resistance spot welding (RSW) of galvanised sheet steels. Temperature dependent contact resistance for faying surfaces was determined to take into account of the influence of zinc coat for spot welding galvanised sheet steels. The effect of dynamic contact radii on temperature distribution was studied and compared with results under constant contact area assumption. The predicted nugget shape and size agreed well with the experimental data. Higher current and longer welding time should be applied for galvanised sheet steels compared to low carbon steel spot welding. The proposed model can be applied to predict weld quality and choose optimal welding conditions for spot welding galvanised sheet steels.     

铝合金点焊的多场耦合建模与动态过程数值模拟(英文)

基于铝合金点焊的热、机、电及相变原理,建立热电力耦合场的轴对称有限元数值仿真模型,实现对焊接区温度场、电场、应力应变的动态模拟。发现了焊接电流变化激发的铝合金动态电阻"瞬态逆向虚变效应",揭示了过程热电耦合瞬态与稳态差异性作用机理,阐释了焊接电流增加而瞬态电阻骤降的反常现象。基于铝合金点焊稳态仿真与实验结果修正了动态电阻数值计算模型。AA5182的计算与实验结果表明,考虑动态电阻"瞬态逆向虚变效应"的动态仿真模型能够精确描述焊接电流调整过程中的电参数动态变化和铝合金焊点熔核的生长过程。     

Numerical simulation of deep cryogenic treatment electrode tip temperature for spot welding aluminum alloy

Deep cryogenic treatment technology of electrodes is put forward to improve electrode life of resistance spot welding of aluminum alloy LF2.Deep cryogenic treatment makes electrode life for spot welding aluminum alloy improve.The specific resistivity of the deep cryogenic treatment electrodes is tested and experimental results show that specific resistivity is decreased sharply.The temperature field and the influence of deep cryogenic treatment on the electrode tip temperature during spot welding aluminium alloy is studied by numerical simulation method with the software ANSYS.The axisymmetric finite element model of mechanical,thermal and electrical coupled analysis of spot welding process is developed.The numerical simulation results show that the influence of deep cryogenic treatment on electrode tip temperature is very large.     

管板单边电阻点焊形核过程有限元模拟

根据管板单边电阻点焊结构特点,建立了轴对称有限元模型.通过结构、热电场的全耦合,分析了焊接过程中接触面压力变化规律,单边焊熔核形成过程以及形核特点等.结果表明,单边点焊和传统点焊焊接过程有很大的不同.单边点焊焊接过程中工件变形严重,电极和板以及板和管子间接触状态变化复杂,熔核形成需要电流大、时间长,且最终形成环状熔核.与金相试验比较,管板单边焊熔核特征的计算结果与试验结果相符合,证实了所建模型的正确性和适用性.为研究单边点焊过程中焊接参数对熔核形成过程的影响规律及确定合理的管板焊接参数奠定了基础.     

镁合金电阻点焊内部喷溅产生的原因分析

在电阻点焊过程中喷溅的产生直接降低焊接接头的强度,因此是最不希望出现的焊接缺陷.文中引入基于显微接触理论的接触电阻模型,通过轴对称有限元模型分析了镁合金电阻点焊过程中的温度场分布及塑性变形过程,以揭示内部喷溅产生的原因.结果表明,由于AZ31镁合金高热导率、低熔点、低比热容和大的线膨胀系数,焊接中需要采用大电流短时间的强参数焊接,所以相对于铝合金和钢铁来说,喷溅在镁合金焊接中更容易发生.内部喷溅产生的原因主要与金属熔化导致熔核内部压强增大相关,增加的压力致使周围的塑性环产生缺口,保护液态金属冲破周围固态金属的束缚,形成喷溅.     

Electrical-thermal interaction simulation for resistance spot welding nugget process of mild steel and stainless steel

A three-dimensional finite difference electrical-thermal model for resistance spot welding nugget process of mild steel and stainless steel is introduced. A simulation method of the interaction of electrical and thermal factors is presented. Meanwhile, calculation method of contact resistance and treatment method of heater structure is provided. The influence of the temperature dependent material properties and various cooling boundary conditions on welding process was also taken intoaccount in the model. A method for improving the mild steel and stainless steel joint was analyzed in numerical simulation process. Experimental verification shows that the model prediction agrees well with the practice. The model provides a usefultheoretic tool for the analysis of the process of resistance spot welding of mild steel and stainless steel.     

基于有限元的电阻电焊逆过程的熔核设计

介绍了基于有限元法模拟电阻点焊熔核形成过程中的轴对称电、热、力耦合场的模拟模型。从与点焊过程相反的熔核设计角度出发,经过有限元反复的模拟分析获得了合格熔核的工艺参数,并提出了熔核形状和尺寸是通过焊接过程中温度场来表征。结果表明,点焊熔核逆过程的研究方法是可行的,提供了一种新的理论分析方法和手段。