DP600镀锌双相钢电阻点焊过程及电极失效的数值模拟研究

发布时间：2017-08-30 21:31

  本文关键词：DP600镀锌双相钢电阻点焊过程及电极失效的数值模拟研究

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【摘要】：由于电阻点焊过程涉及电、热、冶金和力多种现象的耦合作用,其焊接加热过程具有瞬时性,熔核的形成过程具有不可见性,因此给熔核的形成、长大、凝固、焊接区和电极端部温度场与应力场随点焊循环的变化研究带来极大的困难。与此同时,点焊过程中电极端部极易发生的塑性变形、坑蚀、粘附,和合金化等现象,导致电极快速失效,尤其是点焊镀锌钢板和铝合金板时电极的失效更加严重,如今,点焊电极寿命短已经成为点焊技术应用领域急需解决的问题。本文采用专业焊接有限元软件SYSWELD,建立DP600双相镀锌钢板电-热-冶金-力二维电阻点焊有限元模型,对点焊过程进行有限元模拟,分析熔核形成,焊接区和电极端部的温度、应力和残余应力分布及变化过程;采用多因素多指标的正交试验法来研究点焊工艺参数对熔核尺寸、热影响区尺寸、电极受热及受力的影响,确定各因子对各指标的影响程度和影响趋势,并采用多元线性回归分析法,定量分析各因素对各指标的影响关系;模拟分析电极类型和电极端部的形状、电极端部到冷却水孔端部的距离、冷却水孔直径和冷却水对流换热系数对熔核尺寸以及电极受热和受力的影响;模拟分析因塑性变形而引起的电极失效,建立电极半径与熔核尺寸的关系,初步预测电极寿命。本文的主要结论如下:(1)通电开始时,电极端部与工件接触面温度迅速升高,率先形成塑性环,并随点焊进行不断向外扩展,工件与工件接触面开始形核并不断长大,最终形成椭球体;电极与工件开始接触为局部接触,随着电极压入工件,电极端部中心区域应力由峰值逐渐下降,分布趋于均匀,电极端部最高温度接近电极软化温度;焊接过程中,塑性环区域所受压应力最大,熔核区应力由轴向压应力转变为轴向拉应力,焊后,接头存在残余应力,在轴向方向为拉应力,径向方向,热影响区存在拉应力,熔核区存在压应力,并向熔核中心递减。(2)正交试验结果表明:焊接电流对熔核半径、热影响区半径和电极端部最高温度平均值具有非常显著的影响,增大焊接电流和焊接时间,三指标均增大,增大工件厚度,熔核半径、热影响区半径增大,平均温度反而减小;焊接压力和电极半径对电极端部最大应力平均值具有非常显著的影响,其值随焊接压力的增大而增大,随电极半径的增大而减小;其余因素对各指标影响甚微;回归分析所得各指标与各因素的关系式,在统计学上具有显著意义,可初步用于点焊质量预测与电极服役状况的分析,但仍需实验验证。(3)相同参数下,锥台型电极相比圆顶型电极可以够获得更大的熔核尺寸,但焊点外观更差,压痕更深,翘曲更大;电极端部弧度的存在使锥台型电极在点焊过程中所受温度更高,处于软化温度之上的区域更广,时间更长,电极更容易失效;电极端部到冷却水孔端部的距离越小,冷却效果越好,可以减小电极修磨次数,但是总的焊接点数下降;一定范围内,冷却水孔直径越大,冷却效果越好;冷却水对流换热系数越大,冷却效果越好,点焊时,应使电极充分冷却。(4)连续点焊,在6mm-9mm区间,电极直径增加,熔核半径略微减小,而熔核体积不断减小,当电极直径大于9mm时,熔核半径迅速减小,电极失效;电极直径的增大对热影响区半径的变化影响甚微,其值基本恒定;建立电极直径与熔核直径的关系式,可用于初步预测电极的使用寿命。
【关键词】：电阻点焊 数值模拟 正交试验 电极结构 塑性变形
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 电阻点焊过程数字模拟研究现状12-14
• 1.3 电阻点焊电极失效研究现状14-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 第二章 电阻点焊过程数值模拟理论及有限元模型的建立19-31
• 2.1 SYSWELD软件简介19
• 2.2 电阻点焊过程数值模拟基础理论19-23
• 2.3 有限元模型的建立23-29
• 2.3.1 几何模型及网格划分23-24
• 2.3.2 控制方程及边界条件24-25
• 2.3.3 材料性能参数25-28
• 2.3.4 接触电阻的处理28-29
• 2.4 有限元求解过程29-30
• 2.5 后处理30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 DP600镀锌双相钢电阻点焊过程有限元模拟31-45
• 3.1 熔核与热影响区31-33
• 3.2 焊接区温度场与应力场分析33-38
• 3.2.1 焊接区温度场分析33-35
• 3.2.2 焊接区等效应力场分析35-37
• 3.2.3 焊接区残余应力分析37-38
• 3.3 电极端部温度场与应力场分析38-44
• 3.3.1 电极端部温度场分析38-41
• 3.3.2 电极端部应力场分析41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 点焊参数对熔核及电极端部温度与应力的影响分析45-62
• 4.1 模拟方案设计及结果45-48
• 4.2 直观分析48-52
• 4.3 方差分析52-56
• 4.3.1 方差分析理论52-54
• 4.3.2 方差分析结果54-56
• 4.4 回归分析56-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 电极形状与尺寸对电极端部温度与应力的影响分析62-79
• 5.1 电极端部形状对电极端部温度和应力的影响分析63-66
• 5.2 电极端部尺寸对电极端部温度和应力的分析66-68
• 5.3 对流换热系数对电极端部温度和应力的分析68-70
• 5.4 冷却水孔直径对电极端部温度和应力的分析70-72
• 5.5 电极塑性变形导致电极失效的数值模拟72-78
• 5.6 本章小结78-79
• 第六章 结论79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士期间发表的论文85-86
• 致谢86-87

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本文编号：761591