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

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【摘要】：由于電阻點焊過程涉及電、熱、冶金和力多種現(xiàn)象的耦合作用,其焊接加熱過程具有瞬時性,熔核的形成過程具有不可見性,因此給熔核的形成、長大、凝固、焊接區(qū)和電極端部溫度場與應力場隨點焊循環(huán)的變化研究帶來極大的困難。與此同時,點焊過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,導致電極快速失效,尤其是點焊鍍鋅鋼板和鋁合金板時電極的失效更加嚴重,如今,點焊電極壽命短已經(jīng)成為點焊技術應用領域急需解決的問題。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-力二維電阻點焊有限元模型,對點焊過程進行有限元模擬,分析熔核形成,焊接區(qū)和電極端部的溫度、應力和殘余應力分布及變化過程;采用多因素多指標的正交試驗法來研究點焊工藝參數(shù)對熔核尺寸、熱影響區(qū)尺寸、電極受熱及受力的影響,確定各因子對各指標的影響程度和影響趨勢,并采用多元線性回歸分析法,定量分析各因素對各指標的影響關系;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流換熱系數(shù)對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系,初步預測電極壽命。本文的主要結論如下:(1)通電開始時,電極端部與工件接觸面溫度迅速升高,率先形成塑性環(huán),并隨點焊進行不斷向外擴展,工件與工件接觸面開始形核并不斷長大,最終形成橢球體;電極與工件開始接觸為局部接觸,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;焊接過程中,塑性環(huán)區(qū)域所受壓應力最大,熔核區(qū)應力由軸向壓應力轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向拉應力,焊后,接頭存在殘余應力,在軸向方向為拉應力,徑向方向,熱影響區(qū)存在拉應力,熔核區(qū)存在壓應力,并向熔核中心遞減。(2)正交試驗結果表明:焊接電流對熔核半徑、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間,三指標均增大,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電極端部最大應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;其余因素對各指標影響甚微;回歸分析所得各指標與各因素的關系式,在統(tǒng)計學上具有顯著意義,可初步用于點焊質(zhì)量預測與電極服役狀況的分析,但仍需實驗驗證。(3)相同參數(shù)下,錐臺型電極相比圓頂型電極可以夠獲得更大的熔核尺寸,但焊點外觀更差,壓痕更深,翹曲更大;電極端部弧度的存在使錐臺型電極在點焊過程中所受溫度更高,處于軟化溫度之上的區(qū)域更廣,時間更長,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;冷卻水對流換熱系數(shù)越大,冷卻效果越好,點焊時,應使電極充分冷卻。(4)連續(xù)點焊,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,當電極直徑大于9mm時,熔核半徑迅速減小,電極失效;電極直徑的增大對熱影響區(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系式,可用于初步預測電極的使用壽命。
【關鍵詞】：電阻點焊 數(shù)值模擬 正交試驗 電極結構 塑性變形
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 電阻點焊過程數(shù)字模擬研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 電阻點焊電極失效研究現(xiàn)狀14-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 第二章 電阻點焊過程數(shù)值模擬理論及有限元模型的建立19-31
• 2.1 SYSWELD軟件簡介19
• 2.2 電阻點焊過程數(shù)值模擬基礎理論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 有限元求解過程29-30
• 2.5 后處理30
• 2.6 本章小結30-31
• 第三章 DP600鍍鋅雙相鋼電阻點焊過程有限元模擬31-45
• 3.1 熔核與熱影響區(qū)31-33
• 3.2 焊接區(qū)溫度場與應力場分析33-38
• 3.2.1 焊接區(qū)溫度場分析33-35
• 3.2.2 焊接區(qū)等效應力場分析35-37
• 3.2.3 焊接區(qū)殘余應力分析37-38
• 3.3 電極端部溫度場與應力場分析38-44
• 3.3.1 電極端部溫度場分析38-41
• 3.3.2 電極端部應力場分析41-44
• 3.4 本章小結44-45
• 第四章 點焊參數(shù)對熔核及電極端部溫度與應力的影響分析45-62
• 4.1 模擬方案設計及結果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 方差分析結果54-56
• 4.4 回歸分析56-61
• 4.5 本章小結61-62
• 第五章 電極形狀與尺寸對電極端部溫度與應力的影響分析62-79
• 5.1 電極端部形狀對電極端部溫度和應力的影響分析63-66
• 5.2 電極端部尺寸對電極端部溫度和應力的分析66-68
• 5.3 對流換熱系數(shù)對電極端部溫度和應力的分析68-70
• 5.4 冷卻水孔直徑對電極端部溫度和應力的分析70-72
• 5.5 電極塑性變形導致電極失效的數(shù)值模擬72-78
• 5.6 本章小結78-79
• 第六章 結論79-81
• 參考文獻81-85
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文85-86
• 致謝86-87

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