电阻点焊温度场分布的数值模拟.docx

电阻点焊温度场分布的数值模拟龙昕,汪建华,张增艳,魏良武,陆皓(上海交通大学材料科学与工程学院,上海200030)摘要:为研究点焊时焊接规范对电极温度的影响,以及镀锌钢板点焊时焊接参数的选择,利用轴对称有限元程序模拟了电阻点焊的过程中电极与工件的温度场分布,模型中采用标定法来解决接触电阻产热的问题;运用生死单元技术解决镀锌钢板焊接时镀锌层熔化的模拟问题.结果表明,有限元点焊模型可以得到与实际焊接十分吻合的模拟结果.电阻点焊时,不同规范的焊接参数对电极的温度分布影响较大,采用标准规范时电极的温度最低,故选择焊接规范时应考虑到对电极的影响.镀锌钢板焊接时,熔化的锌层对焊接过程以及电极温度分布有显著影响,若采用无锌钢板的焊接规范基本上不能形成熔核,而正常焊接时电极最高温度将比无锌钢板点焊时高出20%,因此,如何降低电极温度是一个重要问题.关键词:点焊;电极;温度场;镀锌钢板;数值模拟中图分类号:TG402;TG453.9文献标识码:ANumericalSimulationontheTemperatureDistributioninSpotWeldingLONGXin,WANGJian2hua,(SchoolofMaterialsSci.andEng.,ZHANGZeng2yan,WEILiang2wu,LUHaoShanghaiJiaotongUniv.,Shanghai200030,China)Abstract:Anaxisymmetricfiniteelementprogramwasdevelopedtosimulatetheprocessofresistancespotwelding.Theeffectofweldingconditiononthetemperaturedistributionintheelectrodeandthedetermi2nationofweldingconditionsongalvanizedsteelsheetwerestudied.Acalibrationmethodwasusedtodealwiththecontactresistanceinwelding.Amethodofactiveanddeactiveelementwasalsoemployedtosim2ulatetheeffectofmoltenzincongalvanizedsteelsheetontheweldingprocess.Theresultsshowthatthemodelcansimulatethespotweldingprocessverywell.Theweldingconditionshaveasignificanteffectonthetemperaturedistributionoftheelectrode.Thelowesttemperatureofelectrodecanbereachedwhenusingstandardweldingcondition.Themoltenzincongalvanizedsheetduringweldingcangiveinfluenceonthetemperaturedistributionoftheelectrodeinagreatdeal.Itisveryimportanttoconsiderthecoolingoftheelectrodewhenweldingagalvanizedsheet.Keywords:spotwelding;electrode;temperaturefield;galvanizedsteelsheet;numericalsimulation电阻点焊在薄板的焊接中有着广泛的应用.由于点焊熔核形成的不可见性,对其试验观测相当困难,理论模型的建立对它的分析研究具有重要价值.自1984年Nied1建立的最初有限元点焊分析模型开始,至今已有不少点焊的有限元模型出现,并为实际生产提供了理论依据2～5.在点焊模型的建立中存在接触面不均匀以及氧化膜的产热问题.关于接触电阻的模拟曾有不少方法,大致分为理论计算法6和实测法2,也有人不考虑接触电阻4,5,因为一般情况下接触面的产热量不到总热量的10%,但考虑到接触电阻在焊接初期较大地影响了熔核的形成,因此要准确模拟点焊过程,应该考虑接触电阻,如果采用理论计算,未知因素太收稿日期:2000205230多且测定困难.Tsai等2应用实测法得到了较好的龙昕,等:电阻点焊温度场分布的数值模拟第3期417结果,但对于不同的材料不能直接套用其测得结果.本文采用标定法,对参考接触电阻乘以标定系数,取得了良好效果.目前,点焊工艺参数的确定大多根据试验或经验来确定,对于是否达到最优效果(包括质量、成本等)无法定量分析,通常点