TTS443电阻点焊数值模拟及组织性能研究

发布时间：2017-05-04 05:00

  本文关键词：TTS443电阻点焊数值模拟及组织性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TTS443铁素体不锈钢由于其镍元素含量低,价格低廉同时具有良好的力学性能及耐蚀性能,被广泛应用于交通运输、电梯装饰、厨房用具、保温水箱等各个领域。但是,由于TTS443铁素体不锈钢焊接过程中热影响区晶粒长大导致焊接接头性能急剧下降,一定程度上,限制了TT443钢的推广。而在实际生产过程中,特别是在汽车的一些重要部件上,大多都是通过薄板的电阻点焊制造完成的。因此,研究铁素体不锈钢薄板结构的电阻点焊过程,对于TTS443钢的推广使用,具有非常重要的意义。本文针对经济型铁素体不锈钢TTS443电阻点焊接头的组织与性能进行了研究。通过限元模拟获得点焊焊接接头的温度场,进而结合平衡相图对接头显微组织特征、晶粒长大规律及析出相影响进行了研究。在此基础上,研究了不同热输入对电阻点焊焊接接头的焊核尺寸、显微组织特征及力学性能的影响。采用ABAQUS有限元软件对TTS443铁素体不锈钢薄板点焊的焊接过程进行有限元分析,建立TTS443铁素体不锈钢电阻点焊模型,实现了热-电-力三场的直接耦合计算,获得了焊接接头的温度场及电流密度分布。通过对实际焊点试样熔核形状与尺寸进行检测对比,验证了所建点焊模型的合理性和模拟结果的准确性。模型直接耦合了热-电-力三场,对热-电-力三场进行同时计算,实现了对点焊过程中涉及到的热、电和机械现象之间的强相互作用的准确表述。模型充分考虑到了温度相关的材料特性和接触界面热-电-力三场交互作用。在数值计算结果准确性得到保证的基础上,揭示了点焊过程中电流密度以及接头温度场分布的变化规律,探讨了电阻点焊熔核形成过程。结合实际试验结果对电阻点焊接头的显微组织、晶粒长大行为、析出相(TiN)对晶粒长大机制进行了深入分析。采用四组不同热输入,焊接功率分别为3.2kVA、4.8k VA、6.4kVA和8.0kVA制备焊接接头。计算出不同热输入条件下的焊核直径分别为1.68mm、2.74mm、3.44mm、3.93mm;根据晶粒长大公式与焊接热影响区的焊接热循环曲线,计算出了不同热输入下的热影响区晶粒尺寸分别为:50.13μm、56.15μm、64.75μm、72.27μm。力学试验结果表明,电阻点焊焊接接头焊核、焊接热影响区硬度随着焊接热输入的增大有所增大。焊接热输入通过影响焊核尺寸对TTS443钢电阻点焊接头的力学性能影响较大,具体体现在峰值载荷、断裂吸收能以及断裂形式。随焊接热输入的增加,点焊接头峰值载荷和断裂吸收能均增大,焊接接头断裂形式由界面断裂转变为拔出断裂。焊接热输入为6.4k VA条件下,点焊焊接接头拉伸性能良好,所能承受的疲劳强度为46.1MPa。
【关键词】：电阻点焊 铁素体不锈钢 有限元模拟 显微组织 力学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71;TG453.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 铁素体不锈钢的概述10-12
• 1.2.1 铁素体不锈钢的发展10-11
• 1.2.2 铁素体不锈钢的合金体系11-12
• 1.3 铁素体不锈钢焊接性分析12-13
• 1.4 电阻点焊数值模拟国内外研究现状13-16
• 1.5 本课题的主要研究内容及技术路线16-19
• 第二章 试验材料、方法及设备19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 试验材料19-20
• 2.3 试验设备及分析方法20-23
• 2.3.1 试验设备20-21
• 2.3.2 ABAQUS有限元软件21
• 2.3.3 分析试验设备21-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 TTS443电阻点焊多场耦合数值模拟25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 电阻点焊数值模拟的理论基础25-30
• 3.2.1 各向同性弹塑性分析理论25-27
• 3.2.2 热-电-力三场耦合模块理论27-30
• 3.3 电阻点焊多场耦合模型的建立30-34
• 3.3.1 电阻点焊模型的简化及假设条件30
• 3.3.2 几何模型的建立及网格划分30-31
• 3.3.3 材料性能31-33
• 3.3.4 边界条件及载荷施加33-34
• 3.4 模拟计算结果与试验结果对比分析34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 TTS443电阻点焊焊接头温度场分布及显微组织分析35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 焊接接头温度场的分布35-39
• 4.3 焊接接头显微组织分析39-43
• 4.3.1 焊接接头的组织分布39-41
• 4.3.2 热影响区晶粒长大计算41-42
• 4.3.3 析出相对晶粒长大机制影响42-43
• 4.4 本章小节43-46
• 第五章 焊接热输入对电阻点焊接头显微组织的影响46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 焊接工艺及试验方法46-47
• 5.3 焊接接头宏观分析47
• 5.4 不同焊接热输入条件下的显微组织分析47-52
• 5.5 本章小节52-54
• 第六章 TTS443钢电阻点焊接头的力学性能分析54-62
• 6.1 引言54
• 6.2 点焊接头的显微硬度测试结果与分析54-55
• 6.3 焊接接头拉伸试验测试结果与分析55-58
• 6.4 焊接接头疲劳试验测试结果与分析58-59
• 6.5 本章小节59-62
• 第七章 结论与展望62-64
• 7.1 结论62-63
• 7.2 研究展望63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70-72
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的学术论文72

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