電阻點焊熔核形成過程的數(shù)值模擬.pdf

1、從20世紀60年代起，電阻點焊的數(shù)值模擬研究方法一直在不斷改進，但對于其中一些問題至今尚未得到滿意的解決，比如電熱力的耦合分析、接觸電阻的處理方法以及焊接中接觸面積變化明顯的球形電極電阻點焊。本文就此展開工作，在對接觸電阻進行分析的基礎(chǔ)上，以有限元軟件ANSYS為平臺，建立球形電極電阻點焊的電熱力耦合模型，并得到試驗驗證，較詳細的研究和討論了球形電極電阻點焊的形核機理及其影響規(guī)律。 所建模型包括電極頭為球形的結(jié)構(gòu)模型和電極—工件

2、之間由小到大不同接觸面積的多個電熱模型，結(jié)構(gòu)模型用于模擬電極和工件在整個焊接過程包括預(yù)壓、焊接及冷卻階段的變形情況；電熱模型用于模擬通電焊接過程的產(chǎn)熱情況。 通過結(jié)構(gòu)模型預(yù)壓過程的數(shù)值分析，得到通電過程的初始接觸條件。模擬結(jié)果表明：電極與工件之間接觸面的徑向應(yīng)力較大，工件之間接觸中心的軸向應(yīng)力較大；一般情況下，各接觸面的面積大小及接觸壓力分布的均勻程度與電極頭球面半徑、板厚及電極壓力成正比例關(guān)系；在電極—工件接觸面邊緣處，錐形電

3、極較球形電極更容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。 電熱力耦合分析以較小的時間步循環(huán)進行：根據(jù)預(yù)壓分析或各時間步結(jié)構(gòu)模型分析得到的電極與工件之間接觸面積調(diào)用電熱模型，兩工件之間的接觸面積采用生死單元技術(shù)處理，將每時間步計算得到的各節(jié)點溫度加載到結(jié)構(gòu)模型中進行重啟動分析，得到該時刻的接觸情況繼續(xù)循環(huán)。嘗試利用實測信號對接觸電阻值進行處理，并用于溫度場的計算。通過試驗驗證證明整個電熱力模型耦合的合理性以及結(jié)果的準確性，同時說明接觸電阻值確定方法是

4、可行的。模擬結(jié)果還表明：通電瞬間電極端面溫度高于工件之間接觸區(qū)溫度，隨后工件之間中心溫度很快超過電極端面溫度，當熔核長大到一定程度時，熔核中心溫度升高不明顯；在焊接過程中電極與工件之間的接觸半徑逐漸增加而工件之間的接觸半徑則在前期迅速減小后緩慢增加；熔核周圍為高溫塑性金屬所包圍，發(fā)生的軸向塑性變形由負值過渡到正值，工件之間接觸區(qū)焊接到一起，形成封閉熔核的塑性金屬環(huán)；電極壓力對熔核形成過程的影響很明顯，隨著電極壓力的增加，接觸面積增大，動