双相钢电阻点焊应力与变形行为数值分析

发布时间：2019-11-02 16:29

【摘要】：文中对DP600电阻点焊过程进行了数值模拟,分析了预压、焊接和维持阶段热力学行为.结果表明,熔核尺寸预测值与试验结果基本保持一致.相比于其它位置,熔核中心点温度在焊接阶段升高较快,而在维持阶段则下降较为缓慢.在焊接过程中,电极/工件和工件/工件接触面的接触压强变化明显,并通过工件热膨胀变形行为进行解释.在焊接阶段结束时,熔核中心区域由于热膨胀不匹配而产生径向压应力状态,这由工件的热膨胀不匹配而产生.焊点温度在维持阶段迅速下降,中心区域的压应力因此得到部分释放.另外,在模型中可以观察到与试验结果较为一致的工件间缺口及劈尖形区域.
【图文】：

结合试验及数值方法，对不锈钢电阻点焊的熔核形成过程进行了分析．Nodeh等人［4］模拟了焊后残余应力，并采用X射线衍射法进行了试验验证．国内学者也针对铝合金［5］、不锈钢［6］及多层板［7］电阻点焊的温度分布及熔核成形开展了相关的工作．就目前来讲，关于双相钢电阻点焊数值模拟方面的工作比较有限．文中采用ANSYS有限元软件，建立了一个二维轴对称模型，对DP600电阻点焊过程中的熔核成形、温度变化、接触压强变化、工件应力和变形情况进行了分析．1有限元建模文中用到的二维轴对称模型如图1所示，采用顺序耦合方法，，即先由热－电分析得到温度场，再将图1模型描述Fig.1Modeldescription

嘈鋬忧鈌蛭?0mm×40mm．试样在焊前使用丙酮清洗，焊接采用的是50Hz交流电96kW气动点焊机．焊接电极选用锥形铜电极，电极端面直径6．0mm．电极压力为3．5kN，焊接电流为10kA，预压和维持时间均为0．2s，焊接时间分别选为0．16，0．22，0．28和0．34s，对每一组焊接参数组合均重复焊接三次．焊接完成后的试样沿板宽方向在焊核中间沿直径切开，然后打磨、抛光、侵蚀．最后，结合光学显微镜及标尺软件测量熔核平均尺寸．3试验结果与讨论3．1温度场与熔核成形分析焊接时间设置为0．28s时的焊接阶段结束时的温度场如图2所示，其中灰色区域代表熔核(温度高于1500℃)．可以看到，在焊接结束时熔核中心位置最高温度达到2051℃，远远高于工件材料的熔点．在远离熔核中心的区域，由于没有电流流过，所以温度基本上没有变化．另外，预测的熔核形状与试验结果对比也较为理想．然而，如果熔核尺寸过大，在实际焊接过程中容易产生飞溅，从而影响焊点质量．因此，为了保证数值模拟结果的准确性，在接下来的分析中，如无特殊说明，均结合焊接时间为0．28s的结果进行分析．图2焊接阶段结束时的温度场Fig.2Temperaturefieldatendofweldingstage中心点处的温度随时间变化曲线如图3所示，中心点1和2在图1中已经给出．可以看到，在焊接结束时，中心点的温度达到最高．中心点2的温度升高速率明显高于中心点1，这是由工件/工件间的高接触电阻率所导致的．工件中心点2在大致0．1s时达到熔点，熔核开始形成．接下来，中心点的温度升高速率有所下降，这跟接触电阻的消失以及高温环境下的高热耗散率有关，但由于焊接电流的存在，温度仍然保持上升趋势，因此熔核不断长大．图3中心点处温度随时间变化曲线Fig.3Temperaturehistoryatcenterpoints?

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