非等厚异种钢板点焊工艺模拟

本文由楼承板联合整理发布非等厚异种钢板点焊工艺模拟节能环保已成为社会生产生活的主题之一。电阻点焊因高效、节能、易于实现机械化、自动化等特点，至今仍然是车身的主要工艺。随着新产品的出现，电阻点焊接头形式为了适应新产品的需要，而不再局限于同种等厚材料。非等厚异种材料接头也广泛应用。由于板厚存在差异，且材料的导电、导热能力不同，形成的熔核不与贴合面对称，发生偏移，使得薄板的焊透率不足，影响焊点的有效承载能力。对该类接头的点焊工艺进行研究，寻求点焊工艺参数与焊点质量的关系，有一定的实际意义。复合材料车身的出现，是车辆轻量化的有效途径。以厚为1.4mmQ235钢板与0.8mm的DP590轻量化钢板组成的接头为研究对象，运用ANSYS软件,采用有限元分析的方法，获得工艺参数与点焊质量的关系，得到减小熔核偏移，保证接头的承载能力的途径。1熔核形貌的几何描述描述熔核形貌的几何参数有：熔核直径、熔透率、熔核高度、熔核偏移等几种。为表述熔核形貌变化，用熔核直径对熔核成形进行表述。即熔核尺寸越大，接头的承载能力越强，反之越弱[1]。焊接电流、通电时间是决定熔核尺寸与熔核偏移的主要因素，电极压力等属于相对次要的因素[2]。接头结构见图1。D为熔核直径、H与h为熔深。2有限元模型的建立点焊是轴对称有限元模型。单元类型选择热电耦合单元PLANE67，该单元具有电压与温度两个自由度，可以顺利实现点焊热电耦合分析。网格划分遵循的原则是：在接触区域，温度场与电场变化复杂且迅速，网格要细分，为了提高计算效率，其它区域网格需粗划。边界条件的处理与等厚板的点焊接头类似，相关材料参数可以查阅文献获得[3-4]。有限元模型与边界条件分别如图2（a）、(b)所示。点焊边界热作用形式是对流换热与辐射换热。边界③是电极与冷却水的作用,考虑为强制对流换热，对流换热系数为3800W/（M2?℃）。边界④是电极与空气作用的表面，存在对流、辐射作用，其热交换效果用综合换热系数αw来表示。上下边界①、②耦合电压,确保电流能够导通。3模拟结果与讨论本文的计算条件是：F=3500N，通电时间t=0.25s，焊接电流分别为6kA、6.6kA、7.5kA，其温度场的模拟结果如图3（a）、（b）、（c）所示。可以看出，随着载荷电流的增大,熔核区温度逐渐升高，半径依次增大。不同板厚，热传导系数、电导率也不一样，即热传导能力不同。根据焦耳定律Q=I2Rt，材料接触电阻不同，产热量就不等。所以熔核沿着贴合面呈不对称分布形态。根据Fe-Fe3C平衡相图，钢铁类材料温度高于1450℃，即可视为熔核区，如图中红色区域所示。温度高于750℃的区域为热影响区。以上几组参数计算出的热量都能满足工艺要求，但是为了保证熔核不剥离，点焊有个最小的临界直径。根据经验,非等厚板对接时，工艺参数的定制以薄板为参考。根据实验公式本文由楼承板=5δ[3]（δ是板厚）计算，本文保证熔核不断裂的最小的熔核直径为4.47mm。从图4（a）、（b）、（c）可以看出，三种参数下获得的熔核直径分别为D=4.24mm、D=4.8mm、D=5.4mm。比较得出，除I=6kA不能满足要求，其它两组参数都可行。从图3中看出，7.5kA的载荷电流熔核形态要好于6.6kA，为证明焊接电流、通电时间与熔核偏移量的关系，本文进一步做了模拟计算。4验证减小熔核偏移方法比较I=6.6kA，t=0.25s、I=10kA，t=0.2s的熔核偏移量，以贴合面与熔核中心线的距离为依据。如图5所示。从图5中可以明显的看出，（b）组熔核中心线距离工件贴合面要近于（a）组，即（b）组的熔核偏移量明显的小于（a）组。5结束语5.1通电时间不变时，熔核直径随着载荷电流的增加而增大，只要电极温度达不到熔点即可。5.2针对熔核偏移问题，本文获得以下结论：采用硬规范，即采用大载荷电流，短的通电时间，可以减小熔核偏移。这个结论与书中记载相同，说明本文模拟的合理性。5.3本文所述的接头的点焊工艺参数：可以考虑t=0.25s、I=6.6kA，与t=0.25s、I=7.5kA这两组，但考虑到熔核偏移的问题，建议采用I=10kA、t=0.2s这组，因为这组参数计算得到的熔核直径与薄板电极温度都满足要求，且熔核偏移量很小。参考文献[1]ZhouM,ZhangH,HuSJ.Relationshipsbetweenqualityandattributesofspotwelds[J].WeldingJourna1,2003,82(4):72s~77s.[2]罗怡.非等厚异种钢熔核形成过程多远线性回归模型.焊接学报,Vol31(11).[3]李茹娟.低碳钢电阻点焊过程有限元分析.合肥工业大学硕士学位论文[D].[4]王敏.Dp590双相钢熔核形成过程数值模拟.上海交通大学学报,2009.Vol43(1).[5]王慧越.双相钢电阻点焊接头断裂形式.焊接实验研究,2007.(7).(end)文章内容仅供参考()()(2012-6-20)