本文關(guān)鍵詞：DP600鍍鋅雙相鋼電阻點(diǎn)焊過(guò)程及電極失效的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：由于電阻點(diǎn)焊過(guò)程涉及電、熱、冶金和力多種現(xiàn)象的耦合作用,其焊接加熱過(guò)程具有瞬時(shí)性,熔核的形成過(guò)程具有不可見(jiàn)性,因此給熔核的形成、長(zhǎng)大、凝固、焊接區(qū)和電極端部溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)隨點(diǎn)焊循環(huán)的變化研究帶來(lái)極大的困難。與此同時(shí),點(diǎn)焊過(guò)程中電極端部極易發(fā)生的塑性變形、坑蝕、粘附,和合金化等現(xiàn)象,導(dǎo)致電極快速失效,尤其是點(diǎn)焊鍍鋅鋼板和鋁合金板時(shí)電極的失效更加嚴(yán)重,如今,點(diǎn)焊電極壽命短已經(jīng)成為點(diǎn)焊技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域急需解決的問(wèn)題。本文采用專業(yè)焊接有限元軟件SYSWELD,建立DP600雙相鍍鋅鋼板電-熱-冶金-力二維電阻點(diǎn)焊有限元模型,對(duì)點(diǎn)焊過(guò)程進(jìn)行有限元模擬,分析熔核形成,焊接區(qū)和電極端部的溫度、應(yīng)力和殘余應(yīng)力分布及變化過(guò)程;采用多因素多指標(biāo)的正交試驗(yàn)法來(lái)研究點(diǎn)焊工藝參數(shù)對(duì)熔核尺寸、熱影響區(qū)尺寸、電極受熱及受力的影響,確定各因子對(duì)各指標(biāo)的影響程度和影響趨勢(shì),并采用多元線性回歸分析法,定量分析各因素對(duì)各指標(biāo)的影響關(guān)系;模擬分析電極類型和電極端部的形狀、電極端部到冷卻水孔端部的距離、冷卻水孔直徑和冷卻水對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)熔核尺寸以及電極受熱和受力的影響;模擬分析因塑性變形而引起的電極失效,建立電極半徑與熔核尺寸的關(guān)系,初步預(yù)測(cè)電極壽命。本文的主要結(jié)論如下:(1)通電開(kāi)始時(shí),電極端部與工件接觸面溫度迅速升高,率先形成塑性環(huán),并隨點(diǎn)焊進(jìn)行不斷向外擴(kuò)展,工件與工件接觸面開(kāi)始形核并不斷長(zhǎng)大,最終形成橢球體;電極與工件開(kāi)始接觸為局部接觸,隨著電極壓入工件,電極端部中心區(qū)域應(yīng)力由峰值逐漸下降,分布趨于均勻,電極端部最高溫度接近電極軟化溫度;焊接過(guò)程中,塑性環(huán)區(qū)域所受壓應(yīng)力最大,熔核區(qū)應(yīng)力由軸向壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向拉應(yīng)力,焊后,接頭存在殘余應(yīng)力,在軸向方向?yàn)槔瓚?yīng)力,徑向方向,熱影響區(qū)存在拉應(yīng)力,熔核區(qū)存在壓應(yīng)力,并向熔核中心遞減。(2)正交試驗(yàn)結(jié)果表明:焊接電流對(duì)熔核半徑、熱影響區(qū)半徑和電極端部最高溫度平均值具有非常顯著的影響,增大焊接電流和焊接時(shí)間,三指標(biāo)均增大,增大工件厚度,熔核半徑、熱影響區(qū)半徑增大,平均溫度反而減小;焊接壓力和電極半徑對(duì)電極端部最大應(yīng)力平均值具有非常顯著的影響,其值隨焊接壓力的增大而增大,隨電極半徑的增大而減小;其余因素對(duì)各指標(biāo)影響甚微;回歸分析所得各指標(biāo)與各因素的關(guān)系式,在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有顯著意義,可初步用于點(diǎn)焊質(zhì)量預(yù)測(cè)與電極服役狀況的分析,但仍需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(3)相同參數(shù)下,錐臺(tái)型電極相比圓頂型電極可以夠獲得更大的熔核尺寸,但焊點(diǎn)外觀更差,壓痕更深,翹曲更大;電極端部弧度的存在使錐臺(tái)型電極在點(diǎn)焊過(guò)程中所受溫度更高,處于軟化溫度之上的區(qū)域更廣,時(shí)間更長(zhǎng),電極更容易失效;電極端部到冷卻水孔端部的距離越小,冷卻效果越好,可以減小電極修磨次數(shù),但是總的焊接點(diǎn)數(shù)下降;一定范圍內(nèi),冷卻水孔直徑越大,冷卻效果越好;冷卻水對(duì)流換熱系數(shù)越大,冷卻效果越好,點(diǎn)焊時(shí),應(yīng)使電極充分冷卻。(4)連續(xù)點(diǎn)焊,在6mm-9mm區(qū)間,電極直徑增加,熔核半徑略微減小,而熔核體積不斷減小,當(dāng)電極直徑大于9mm時(shí),熔核半徑迅速減小,電極失效;電極直徑的增大對(duì)熱影響區(qū)半徑的變化影響甚微,其值基本恒定;建立電極直徑與熔核直徑的關(guān)系式,可用于初步預(yù)測(cè)電極的使用壽命。
【關(guān)鍵詞】：電阻點(diǎn)焊 數(shù)值模擬 正交試驗(yàn) 電極結(jié)構(gòu) 塑性變形
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 電阻點(diǎn)焊過(guò)程數(shù)字模擬研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 電阻點(diǎn)焊電極失效研究現(xiàn)狀14-18
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第二章 電阻點(diǎn)焊過(guò)程數(shù)值模擬理論及有限元模型的建立19-31
• 2.1 SYSWELD軟件簡(jiǎn)介19
• 2.2 電阻點(diǎn)焊過(guò)程數(shù)值模擬基礎(chǔ)理論19-23
• 2.3 有限元模型的建立23-29
• 2.3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分23-24
• 2.3.2 控制方程及邊界條件24-25
• 2.3.3 材料性能參數(shù)25-28
• 2.3.4 接觸電阻的處理28-29
• 2.4 有限元求解過(guò)程29-30
• 2.5 后處理30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 DP600鍍鋅雙相鋼電阻點(diǎn)焊過(guò)程有限元模擬31-45
• 3.1 熔核與熱影響區(qū)31-33
• 3.2 焊接區(qū)溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分析33-38
• 3.2.1 焊接區(qū)溫度場(chǎng)分析33-35
• 3.2.2 焊接區(qū)等效應(yīng)力場(chǎng)分析35-37
• 3.2.3 焊接區(qū)殘余應(yīng)力分析37-38
• 3.3 電極端部溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分析38-44
• 3.3.1 電極端部溫度場(chǎng)分析38-41
• 3.3.2 電極端部應(yīng)力場(chǎng)分析41-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 點(diǎn)焊參數(shù)對(duì)熔核及電極端部溫度與應(yīng)力的影響分析45-62
• 4.1 模擬方案設(shè)計(jì)及結(jié)果45-48
• 4.2 直觀分析48-52
• 4.3 方差分析52-56
• 4.3.1 方差分析理論52-54
• 4.3.2 方差分析結(jié)果54-56
• 4.4 回歸分析56-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 電極形狀與尺寸對(duì)電極端部溫度與應(yīng)力的影響分析62-79
• 5.1 電極端部形狀對(duì)電極端部溫度和應(yīng)力的影響分析63-66
• 5.2 電極端部尺寸對(duì)電極端部溫度和應(yīng)力的分析66-68
• 5.3 對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)電極端部溫度和應(yīng)力的分析68-70
• 5.4 冷卻水孔直徑對(duì)電極端部溫度和應(yīng)力的分析70-72
• 5.5 電極塑性變形導(dǎo)致電極失效的數(shù)值模擬72-78
• 5.6 本章小結(jié)78-79
• 第六章 結(jié)論79-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文85-86
• 致謝86-87

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本文編號(hào)：761591