鋁合金點(diǎn)焊過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、鋁合金具有比重小、良好的耐腐蝕性、易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造等領(lǐng)域。電阻點(diǎn)焊是鋁合金薄板主要連接技術(shù)之一。由于鋁合金高導(dǎo)熱率和低電阻率的特點(diǎn)，因此其點(diǎn)焊性能較差。鋁合金電阻點(diǎn)焊過(guò)程機(jī)理的研究是解決鋁合金點(diǎn)焊問(wèn)題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
　　 本文以2mm厚的LF2鋁合金板材為研究對(duì)象，在有限元分析軟件ANSYS中建立鋁合金電阻點(diǎn)焊過(guò)程熱、電、力耦合分析的有限元模型，采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)鋁合金點(diǎn)焊機(jī)理和影響因素進(jìn)行研究

2、。分析了焊接工藝參數(shù)對(duì)鋁合金點(diǎn)焊溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響，為實(shí)現(xiàn)鋁合金點(diǎn)焊過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控及工藝參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　　 首先分析比較了錐形電極和球形電極條件下鋁合金電阻點(diǎn)焊預(yù)壓階段的界面接觸行為和焊接區(qū)應(yīng)力應(yīng)變特征，認(rèn)為使用球形電極有利于限制早期飛濺和提高焊件表面質(zhì)量。依據(jù)球形電極條件下預(yù)壓接觸分析的結(jié)果，對(duì)鋁合金點(diǎn)焊通電加熱階段和冷卻階段進(jìn)行了模擬分析。在通電加熱階段工件貼合面部位的溫度率先升高，最終在工件內(nèi)部形成沿貼合面對(duì)稱(chēng)的橢

3、圓形熔核。加熱階段熔核內(nèi)部以壓應(yīng)力為主，加熱結(jié)束時(shí)刻，熔核中心區(qū)域的應(yīng)力值比較小。在冷卻階段熔核瞬時(shí)完成凝固結(jié)晶，焊接區(qū)內(nèi)等溫線保持橢圓形收縮，溫度梯度逐漸趨于平緩。焊接區(qū)的應(yīng)力逐漸由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)化為拉伸應(yīng)力，完全冷卻后，焊接區(qū)的殘余應(yīng)力為雙向拉伸應(yīng)力，并且在貼合面邊緣存在較大的應(yīng)力集中。
　　 采用相同模擬方法分析了焊接工藝參數(shù)的變化對(duì)點(diǎn)焊溫度場(chǎng)及殘余應(yīng)力的影響規(guī)律。為提高模擬精度，在點(diǎn)焊參數(shù)的變化時(shí)對(duì)分析模型中的接觸面半徑進(jìn)行了

4、相應(yīng)修正。分析結(jié)果表明：隨著焊接電流增加，熔核直徑和焊透率均增加，而焊接區(qū)的殘余應(yīng)力會(huì)相應(yīng)降低；通電時(shí)間對(duì)熔核尺寸的影響與焊接電流類(lèi)似但影響程度較弱，通電時(shí)間增加到一定值之后，對(duì)焊接區(qū)的殘余應(yīng)力不再有影響；隨著電極壓力的增加，熔核直徑變化不大，而焊透率顯著下降，貼合面上殘余應(yīng)力的分布特點(diǎn)對(duì)電極壓力的變化比較敏感。
　　 采用與模擬一致的工藝參數(shù)對(duì)鋁合金板材分別進(jìn)行點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)，制取接頭低倍金相照片，并測(cè)量熔核直徑和焊透率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與