DP780高强钢胶接点焊的多元非线性回归模型
发布时间：2021-09-04 21:13
基于Box-Behnken Design（BBD）设计方法,开展DP780高强钢胶接点焊的试验研究。以接头的失效载荷、熔核直径为目标量,将焊接电流、焊接时间、电极压力以及各参数之间的交互作用作为影响目标量的因素,建立DP780高强钢胶接点焊接头多元非线性回归模型。试验验证表明,建立的多元非线性回归数学模型具备高的显著性且拟合程度高,可实现对接头失效载荷、熔核直径的有效预测;胶焊接头的失效载荷、熔核直径随焊接电流增大及焊接时间的延长而增大,随电极压力的减小而递增;基于回归模型获得最优工艺参数:焊接电流8.3 kA,焊接时间150 ms,电极压力0.3 MPa,对应参数下接头的失效载荷达到16 369 N。借助超声C扫图像甄别出焊核外存在胶层烧灼气化区,当焊接时间较短时,焊接电流的增加会提供更多的热输入量,导致胶层烧灼气化面积增大,进而降低接头的静力学性能。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
胶焊试件的几何尺寸
胶接点焊接头的失效载荷由胶层和焊点的强度共同决定,因此粘接和焊点的质量都会影响接头的失效载荷,通过响应面分析可知焊接工艺参数对胶焊接头失效载荷的综合影响规律,如图2所示。图2a是胶接点焊焊接电流、焊接时间和电极压力交互作用对接头失效载荷的影响,可见胶焊接头的失效载荷与焊接电流、焊接时间呈正相关,与电极压力呈负相关,显然高的焊接电流、长的焊接时间和低的电极压力能提高接头的失效载荷,但并不是无限制的。太高的焊接电流、太长的焊接时间和太低的电极压力,会导致热输入量急剧增加,使熔核直径扩大的速度大大超过塑性环扩大的速度,就会产生飞溅。飞溅的产生会破坏熔核的完整性,导致接头应力集中在熔核边缘,将降低胶焊接头的失效载荷,因此要综合考虑各因素对接头失效载荷的影响。在电极压力为0.35 MPa时,焊接电流和焊接时间对失效载荷影响的立体图和等高线图如图2b、c所示,可见:在焊接时间小于110 ms时,胶焊接头的平均失效载荷随着焊接电流的增加而减小;然而,当焊接时间大于110 ms时,胶焊接头的平均失效载荷随着焊接电流的增加而增大,且沿着横、纵坐标45°方向同时增大焊接电流和焊接时间,接头的失效载荷陡增。图3为胶接点焊工艺参数对熔核直径的影响。由图3a可见,熔核直径随焊接电流的增大及焊接时间的延长而增大,随电极压力的增大而递减,焊接电流对熔核直径的影响并不是线性变化,但是熔核直径随焊接电流变化趋势最明显。当焊接时间和焊接电流一定时,较小的电极压力获得的熔核直径更大,然而随电极压力的增大,熔核直径会递减,这是由于电极压力增加会使两板之间焊接面的接触面积增大,导致接触电阻和电流密度减小,焊接热输入量降低,从而导致熔核直径减小。分析三维响应面图(图3b)可知,当电极压力一定时,电流在7～7.5 kA内,熔核直径随焊接时间的延长变化趋势不明显,这是因为仅改变焊接时间对接头的热输入量改变不大;然而在大电流下,改变焊接时间会产生较大的热输入量变化,此时再延长焊接时间所得到的熔核直径变化更明显。这是因为焊接电流增大和焊接时间延长,热输入会急剧增大,导致熔融的金属液增多,中心熔核向四周扩张更快,从而引起熔核直径的增加。分析图3c的等高线图可见,在焊接时间和焊接电流较小时,改变这两个工艺参数对熔核直径影响较小;若胶焊接头的熔核直径较小不满足要求时,沿着等高线45°方向同时增大焊接时间和焊接电流能够快速增大熔核直径,但是焊接电流和焊接时间过大容易发生飞溅,导致熔核内部的部分金属液被带走,造成胶焊接头熔核内部产生缺陷,降低接头的失效载荷,这不利于保证胶焊接头的质量,因此焊接电流和焊接时间取值不宜过大。
对比图2c和图3c所示的响应面模型等高线图,发现胶焊接头在电极压力一定时,当焊接时间小于110 ms时,随着焊接电流的增加,熔核直径逐渐增大,然而接头的失效载荷却越来越小,当焊接时间大于110 ms时,随着焊接电流的增加,熔核直径逐渐增大,接头的失效载荷也越来越大。为辨析其原因,对比分析两组胶焊接头的超声C扫图像,如图4所示。C扫图像能够观察接头的内部形貌,并且能甄别出焊接过程产生的过烧和飞溅,很好地划分出接头的熔核区、熔合区、热影响区和胶层气化区。两组胶焊接头的焊接时间均小于110 ms,其焊接工艺参数分别为:焊接时间100 ms、电极压力0.35 MPa、焊接电流7 kA和焊接时间100 ms、电极压力0.35 MPa、焊接电流9 kA,如图4a、b所示。分析胶焊接头超声C扫图像,发现当焊接时间小于110 ms时,焊接电流的增加会提供更多的热输入量,导致胶焊接头的熔合区、热影响区组织分布不均,且胶层气化的面积更大。此外,在实际操作中观察到电流增大导致板材翘曲,影响粘接的致密性,因此导致接头的静力学性能降低。图4 胶接点焊接头超声波C扫图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金胶接点焊与电阻点焊接头性能对比分析[J]. 张龙,曾凯,何晓聪,孙鑫宇. 焊接学报. 2018(01)
[2]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[J]. 岑耀东,陈芙蓉. 机械工程学报. 2017(08)
本文编号：3384018
【文章来源】：材料导报. 2020,34(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
胶焊试件的几何尺寸
胶接点焊接头的失效载荷由胶层和焊点的强度共同决定,因此粘接和焊点的质量都会影响接头的失效载荷,通过响应面分析可知焊接工艺参数对胶焊接头失效载荷的综合影响规律,如图2所示。图2a是胶接点焊焊接电流、焊接时间和电极压力交互作用对接头失效载荷的影响,可见胶焊接头的失效载荷与焊接电流、焊接时间呈正相关,与电极压力呈负相关,显然高的焊接电流、长的焊接时间和低的电极压力能提高接头的失效载荷,但并不是无限制的。太高的焊接电流、太长的焊接时间和太低的电极压力,会导致热输入量急剧增加,使熔核直径扩大的速度大大超过塑性环扩大的速度,就会产生飞溅。飞溅的产生会破坏熔核的完整性,导致接头应力集中在熔核边缘,将降低胶焊接头的失效载荷,因此要综合考虑各因素对接头失效载荷的影响。在电极压力为0.35 MPa时,焊接电流和焊接时间对失效载荷影响的立体图和等高线图如图2b、c所示,可见:在焊接时间小于110 ms时,胶焊接头的平均失效载荷随着焊接电流的增加而减小;然而,当焊接时间大于110 ms时,胶焊接头的平均失效载荷随着焊接电流的增加而增大,且沿着横、纵坐标45°方向同时增大焊接电流和焊接时间,接头的失效载荷陡增。图3为胶接点焊工艺参数对熔核直径的影响。由图3a可见,熔核直径随焊接电流的增大及焊接时间的延长而增大,随电极压力的增大而递减,焊接电流对熔核直径的影响并不是线性变化,但是熔核直径随焊接电流变化趋势最明显。当焊接时间和焊接电流一定时,较小的电极压力获得的熔核直径更大,然而随电极压力的增大,熔核直径会递减,这是由于电极压力增加会使两板之间焊接面的接触面积增大,导致接触电阻和电流密度减小,焊接热输入量降低,从而导致熔核直径减小。分析三维响应面图(图3b)可知,当电极压力一定时,电流在7～7.5 kA内,熔核直径随焊接时间的延长变化趋势不明显,这是因为仅改变焊接时间对接头的热输入量改变不大;然而在大电流下,改变焊接时间会产生较大的热输入量变化,此时再延长焊接时间所得到的熔核直径变化更明显。这是因为焊接电流增大和焊接时间延长,热输入会急剧增大,导致熔融的金属液增多,中心熔核向四周扩张更快,从而引起熔核直径的增加。分析图3c的等高线图可见,在焊接时间和焊接电流较小时,改变这两个工艺参数对熔核直径影响较小;若胶焊接头的熔核直径较小不满足要求时,沿着等高线45°方向同时增大焊接时间和焊接电流能够快速增大熔核直径,但是焊接电流和焊接时间过大容易发生飞溅,导致熔核内部的部分金属液被带走,造成胶焊接头熔核内部产生缺陷,降低接头的失效载荷,这不利于保证胶焊接头的质量,因此焊接电流和焊接时间取值不宜过大。
对比图2c和图3c所示的响应面模型等高线图,发现胶焊接头在电极压力一定时,当焊接时间小于110 ms时,随着焊接电流的增加,熔核直径逐渐增大,然而接头的失效载荷却越来越小,当焊接时间大于110 ms时,随着焊接电流的增加,熔核直径逐渐增大,接头的失效载荷也越来越大。为辨析其原因,对比分析两组胶焊接头的超声C扫图像,如图4所示。C扫图像能够观察接头的内部形貌,并且能甄别出焊接过程产生的过烧和飞溅,很好地划分出接头的熔核区、熔合区、热影响区和胶层气化区。两组胶焊接头的焊接时间均小于110 ms,其焊接工艺参数分别为:焊接时间100 ms、电极压力0.35 MPa、焊接电流7 kA和焊接时间100 ms、电极压力0.35 MPa、焊接电流9 kA,如图4a、b所示。分析胶焊接头超声C扫图像,发现当焊接时间小于110 ms时,焊接电流的增加会提供更多的热输入量,导致胶焊接头的熔合区、热影响区组织分布不均,且胶层气化的面积更大。此外,在实际操作中观察到电流增大导致板材翘曲,影响粘接的致密性,因此导致接头的静力学性能降低。图4 胶接点焊接头超声波C扫图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金胶接点焊与电阻点焊接头性能对比分析[J]. 张龙,曾凯,何晓聪,孙鑫宇. 焊接学报. 2018(01)
[2]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[J]. 岑耀东,陈芙蓉. 机械工程学报. 2017(08)
本文编号：3384018
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