点焊试件中兰姆波传播的有限元模拟及其应用

提出兰姆波评价汽车钢板点焊质量的理论依据及试验方法,评价对象包括点焊焊核的直径及最大拉伸载荷.兰姆波中的多模态频散特性及在复杂结构中的模式转换导致超声检测信号难于区分,通过解析方法难以获得兰姆波在点焊试样中的传播规律,因此采用有限元法模拟兰姆波在点焊试样中的传播.有限元法的模拟结果显示:经焊核传播的A0模态兰姆波特征峰值随焊核直径的增大而减小、随凹痕深度的增大而增大.因此,A0模态兰姆波的特征幅值可望用于评价焊核的形状及力学性能.试验通过调整斜探头入射角度激励A0模态兰姆波对高强度镀锌钢板的点焊试件进行检测试验,结果显示:A0模态兰姆波特征峰值随焊核直径及焊核最大拉伸载荷的增大而减小,该规律与有限元模拟的结果一致,可以用于实际结构点焊质量的无损评价.     

高强钢电阻点焊数值模拟及金相研究

针对常用的超高强度钢点焊件进行研究,利用有限元软件对1.5 mm厚的超高强度热成形钢点焊熔核的形成过程进行了数值模拟,对点焊过程中的温度场分布进行了详细的分析,分析了熔核的生长规律和影响因素。通过点焊接头的金相组织研究了焊接接头不同区域的金属组织,发现点焊热影响区可以分为不完全重结晶区、细晶区以及粗晶区;而熔核区为柱状晶形态的马氏体组织,熔核热影响区组织分布不均,夹杂着铁素体,热成形钢母材主要为比较细小的马氏体组织,硬度以及强度都很高。     

薄板点焊瞬态温度场的有限元分析

本文基于ANSYS有限元分析系统,建立了用于点焊瞬态热过程分析的电热耦合有限元模型,考虑了随温度变化的材料特性参数、相变以及对流边界条件等,对点焊过程中的接触问题进行了适当简化.通过对低碳钢薄板点焊过程的分析,得到了点焊接头的温度场及各部位的热历程.     

薄镀锌钢板点焊超声成像分析

采用水浸超声聚焦直入射法对镀锌薄板点焊焊核进行超声C扫描成像检测,分析C扫描图像中各特征部分的超声A扫描信号。超声波C扫描成像方法能够测量点焊焊核直径,检测焊核中常见的几种缺陷如气孔、裂纹以及飞溅,此外采用该方法还能对焊核的外观进行检测。为了获得更为精确的焊核内部结构信息,进一步分析了焊核内部不同形状缺陷的C扫描图像特征及A扫描信号特征,通过这些图像特征和信号特征能够判断焊核内部缺陷的形状及类型。因此,超声C扫描成像法能够在不破坏点焊焊核的前提下全面直观地显示焊核的内外部结构。该方法不仅能够用于评价点焊质量,而且还可以作为辅助手段用于点焊的其他研究中。     

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。     

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。     

异种铝合金电阻点焊接头全场残余应力研究

基于仪器化压入试验和有限元理论,建立考虑接头微区力学性能的热-电-力耦合的异种铝合金电阻点焊有限元模型,并用该模型模拟5083与7N01铝合金电阻点焊接头截面上的整体残余应力场分布。用金相显微镜、硬度测试仪和全释放应变法获得点焊接头的熔核形貌、硬度分布及上下表面的残余应力,探讨点焊前后微区力学性能变化对接头残余应力大小及分布的影响。试验结果表明,5083与7N01铝合金进行电阻点焊后,熔核和热影响区材料发生软化,其硬度和流动应力与7N01母材相比明显降低。模拟结果表明,接头微区力学性能变化对残余应力分布规律的影响较小,对残余应力的峰值影响较大,熔核处于三向拉应力状态且熔核心部的残余应力最大。考虑微区力学性能的有限元模型计算得到的残余应力与试验测试结果一致,证明模型的有效性。     

点焊熔核形成过程的有限元模型

介绍了模拟点焊熔核形成过程的轴对称电、热、力学有限元模型。提出了点焊过程导电、传热和力学行为之间耦合作用的模拟方法和接触电阻分析方法。模型中也考虑了焊机特性、随温度变化的材料性能以及各种边界冷却条件的影响。试验验证结果表明，数值模拟结果与实际吻合良好。该模型提供了一种有效的点焊过程理论分析手段。     

汽车车身电阻点焊虚焊问题浅析

电阻点焊是汽车白车身制造过程中最主要的连接方式,焊点熔核质量决定了白车身连接强度。文章阐述了汽车车身钣金件电阻点焊的工作原理和焊点虚焊的定义,并结合车身现场响应经验对虚焊问题进行简单的原因分析,最后提出焊点质量控制的方法。     

TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢电阻点焊工艺优化及接头性能分析

以厚度均为1.5 mm的TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢板电阻点焊接头为研究对象,以接头剪切拉伸载荷为评价指标,运用正交试验优化其焊接参数,采用极差法和方差法对结果进行分析,随后增加焊前预热条件,分析对比相同焊接电流、焊接时间、电极压力参数下采用预热和无预热时点焊接头的剪切拉伸载荷,利用电子拉伸试验机、金相显微镜和显微硬度仪分别对预热和无预热两种条件下较优焊接参数时的点焊接头性能及显微组织进行测试和分析,研究TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢板电阻点焊接头力学性能及接头各区域的金相组织、硬度特点。结果表明:运用焊前预热能够获得性能良好的点焊接头,相同焊接参数情况下,预热点焊接头的剪切拉伸载荷比无预热高5.5%以上;两种条件下较优焊接参数时,无预热点焊接头为脆性断裂,预热点焊接头为韧-脆混合断裂;采用预热获得的点焊接头组织比无预热更为致密;预热点焊接头熔核和母材的硬度比无预热时有所下降,熔合线硬度过渡平缓。其主要机理是,预热使点焊接头熔核周边优先发热,热影响区扩大,熔核韧性提高和熔核周边应力集中缓解,从而提高了点焊接头的强度。     

异质金属Fe-Ni电阻点焊熔核形成过程三维数值模拟分析

介绍了异质金属Ｆｅ－Ｎｉ电阻点焊熔核形成过程的三维电、热学有限差分模型,提出了异质金属点焊过程导电、传热三维耦合作用的模拟方法、接触电阻分析方法和产热结构处理方法。模型中也考虑了随温度变化的材料性能以及各种边界冷却条件的影响,模拟过程分析了改善异质点焊接头的办法。数值模拟结果与实验吻合良好。该模型提供了一种有效的异质点焊过程理论的分析手段。     

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。     

超声振动强化搅拌摩擦焊的热力行为及微观组织特征

为了利用超声振动降低搅拌摩擦焊过程中金属材料的屈服应力和流动应力,研发超声振动强化搅拌摩擦焊试验装置,开展6061-T6铝合金的焊接工艺试验。采用实时采集焊机电参数并将其转化成力矩和力的方法,测试超声振动作用下搅拌摩擦焊的焊接载荷,利用热电偶测试施加超声时的焊接热循环,通过体视显微镜和金相显微镜分别观测焊缝截面尺寸和接头微观组织,并与相同参数下常规搅拌摩擦焊的情况进行比对。研究结果表明,超声振动能够显著降低焊接轴向压力和搅拌头转矩,增大焊缝横截面尺寸,细化和均匀焊核区和热力影响区的晶粒组织。热循环的测量结果显示,超声振动的施加略微降低了测量点的焊接热循环峰值温度。分析认为,超声振动与搅拌头附近的塑性变形材料相互作用,降低了金属材料的屈服应力和流变应力,进而改变了原有的温度场,从而产生了优异的工艺效果。     

Magnetic Thermal Method for Controlling Geometric Characteristics of Fusion Joints by Contact and Arc Welding

A new approach to estimating the quality of joints made by contact spot welding and arc welding is proposed on the basis of studies on the interaction of thermal and electromagnetic fields during welding of St3 steel. Parts welded by contact spot welding are magnetized by a solenoid immediately after the welding current is switched off. The diameter of the cast nugget is estimated from the change in the normal component of residual induction in the center of the contact spot of an electrode. The parts to be arc-welded are magnetized before welding. The fusion depth is estimated from the size of the demagnetization band adjacent to the weld.     

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。     

人工神经网络电阻点焊质量监测模型的研究

利用 BP网络对电阻点焊的动态电参数进行融合处理 ,建立了以电阻点焊动态电参数为输入空间、点焊熔核尺寸为输出空间的电阻点焊质量智能监测模型。检验结果表明 :该模型的熔核尺寸预测精度完全满足工程实际需要 ;有很大的实用价值。在网络训练中采用综合改进的 BP算法 ,使得网络的训练效率大大提高     

挖掘机动臂板焊接温度场模拟及影响因素分析

利用有限元方法对挖掘机动臂平板对接焊温度场进行了分析,采用Goldak椭球热源模型,应用DFLUX子程序定义热源模型的位置、大小、热输入以及焊接速度等参数来模拟瞬态温度场的分布及其变化,在此基础上通过改变焊接热输入、热源模型参数和焊接速度来分析其对温度场分布的影响规律.研究结果表明,由于焊接热源具有集中移动的特点,焊接热源模型参数以及焊接速度对焊缝区和热影响区的温度分布影响比较明显,热输入的变化与最高温度的变化大致呈线性关系.运用有限元法,选取Goldak椭球热源模型通过DFLUX子程序可有效进行挖掘机动臂平板焊接的数值模拟.     

Online nugget diameter control system for resistance spot welding

The aim of this paper is to provide an integrated real-time control system for resistance spot welding (RSW), which is capable of producing welds with predetermined nugget diameters. Nugget diameter is a commonly used criterion for estimating the weld quality; thus, the system can be used for online quality control of RSW. The proposed system consists of two parts: a constant current controller and an online nugget diameter estimator. The constant current controller is used to guarantee the consistency of the nugget formation and growth during the welding process, while the online nugget diameter estimator can be used as a sensor for online estimation of the nugget diameter. The proposed online nugget diameter estimator is a mathematical function of the heat energy absorbed by the weld, which is taken into account only after the time when the first melting point of a weld appears. This time can be obtained by means of the dynamic resistance curve with a high resolution. A mathematical model of the online nugget diameter estimator is proposed and realized based on the experiment results and mathematical analysis. The welding process would be terminated when the difference between the actual nugget diameter and the predetermined desired value is within a given tolerance. According to a series of experiments, the welds used in the experiments had nugget diameters, which were well within the limits and the errors were within the given tolerance.     

Characterization of nugget nucleation quality based on the structure-borne acoustic emission signals detected during resistance spot welding process

Acoustic emission signals detected during the resistance spot welding of aluminum alloy were studied in order to assess the characterizations of welding process, the characterizations of the effect of welding parameters to nugget nucleation and the characterizations of the nugget quality by the analysis to acoustic emission signals. The results showed that the physical phases of nugget nucleation can be characterized by the acoustic emission signals detected during the resistance spot welding process. The effects of welding current and current duration to nugget nucleation can be characterized by the characteristic parameters of acoustic emission signals. The characteristic parameters of acoustic emission signals had a better relevance to nugget dimensions and weld strength, which made it possible to measure or predict the weld strength by the characteristic parameters of acoustic emission signals detected during the resistance spot welding process.