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非等厚异种钢板点焊工艺模拟

作者:任志凤    来源:佳工机电网    发布时间:2012-09-11    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

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焊接工艺。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。

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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。

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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。

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