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電阻焊近來發(fā)展

來源: | 作者:ryweld | 發(fā)布時間: 2017-08-09 | 5794 次瀏覽 | 分享到:

近年來隨著汽車車輛、航空航天、建筑、運輸以及輕工家電等工業(yè)的飛速發(fā)展，相應(yīng)的工業(yè)產(chǎn)品在其材料、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域上不斷更新和發(fā)展，對產(chǎn)品的加工質(zhì)量要求不斷提高，作為這些工業(yè)產(chǎn)品制造中的一種廣泛使用的材料加工工藝——電阻焊也受到了很大的挑戰(zhàn)。
由于電阻焊過程相當(dāng)復(fù)雜，包含了多種影響因素，例如：被焊材料、電流、電極壓力、通電時間、電極端面形狀及尺寸、分流、焊點離邊緣的距離、板厚、工件表面狀態(tài)等，而且這些因素之間互相聯(lián)系，有一定的交互作用。同時，加之焊接過程中熔核的不可見性及焊接過程進行的瞬時性，給焊接質(zhì)量控制帶來較大的困難。為了適應(yīng)新材料、新工藝、新產(chǎn)品在工業(yè)上開發(fā)應(yīng)用的需要，以使電阻焊工藝及設(shè)備能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，近十年來，各國焊接界在電阻焊工藝和設(shè)備控制方面做了大量的工作，主要集中在以下幾方面： 1）電阻焊過程的計算機模擬研究
2）新型材料的可焊性研究
3）電阻焊質(zhì)量監(jiān)控方法研究
電阻焊過程的計算機模擬研究
電阻焊是一個牽涉到電學(xué)、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程，其中包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力與變形等。要得到一個高質(zhì)量的焊接接頭必須要控制這些因素。傳統(tǒng)的電阻焊工藝及參數(shù)制定方法是通過一系列工藝試驗和經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到的。然而從發(fā)展來看，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬的方法將起越來越重要的作用。例如，用新的高強鋼等材料制造新的工程結(jié)構(gòu)，尤其是對于一些航空航天重要結(jié)構(gòu)，沒有多少經(jīng)驗可以憑借，如果只依靠實驗方法積累數(shù)據(jù)要花很長的時間和經(jīng)費，而且任何嘗試和失敗，都將造成重大經(jīng)濟損失。此時數(shù)值方法將發(fā)揮其獨特的能力和優(yōu)點。只要通過少量驗證試驗證明數(shù)值方法在處理某一問題上的適用性，那么大量的篩選工作便可由計算機進行，而不必在車間和實驗室里進行大量的試驗工作。這就大大節(jié)約了人力、物力和時間，具有很大的經(jīng)濟效益。一旦各種焊接現(xiàn)象能夠?qū)崿F(xiàn)計算機模擬，我們就可以通過計算機系統(tǒng)來確定焊接各種結(jié)構(gòu)和材料時的最佳設(shè)計、最佳工藝方法和焊接參數(shù)。此外，數(shù)值模擬還廣泛地用于分析點焊接頭強度和性能等方面。
由于電阻點焊熔核形成的不可見性，對其試驗觀測相當(dāng)困難，理論模型的建立對它的分析研究具有重要價值。自1984年Nied建立的最初有限元點焊分析模型開始，至今已有不少點焊的有限元模型出現(xiàn)，并為實際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
隨著有限元數(shù)值模擬方法在電阻焊研究領(lǐng)域的深入應(yīng)用，近年來國際上在此領(lǐng)域上的研究主要集中在以下三方面：
1 采用電－熱－力耦合有限元模擬方法
電阻點焊過程是一個存在電、熱、力學(xué)和冶金現(xiàn)象相互作用的復(fù)雜過程，這一過程包括電場問題、熱傳導(dǎo)問題和熱彈塑性變形問題，所以必須考慮所有這些問題的相互作用和耦合效應(yīng)，有壓力引起的工件——電極以及工件——工件界面之間的接觸狀態(tài)的變化，以及熱變形在這些相互作用中起重要的影響，嚴(yán)格的說求解這樣的耦合問題，應(yīng)該同時求解電場、熱場和力場。因此，近年來對于電阻點焊的有限元分析從原先互相孤立的電場、熱場和力場分析逐步發(fā)展為電－熱－力耦合分析，例如：美國學(xué)者Sun,X.用電－熱－力耦合有限元模擬點焊過程熔核生長及熱分布，研究了帶有中間過渡材料的鋁合金與鋼板的電阻點焊，模擬結(jié)果經(jīng)實驗驗證：該模型可用于電極選擇階段，以減小焊接變形和改善焊接質(zhì)量；韓國學(xué)者Cha，B.W.通過對304不銹鋼電阻點焊過程的電－熱－力分析得出焊后的殘余應(yīng)力以及影響殘余應(yīng)力的點焊參數(shù)；Feng,Z.等學(xué)者開發(fā)了一種用以模擬電阻點焊過程和性能的集成模型，它將點焊中的基本物理現(xiàn)象和載荷條件結(jié)合起來，這種方法由工藝模型、微觀模型及結(jié)構(gòu)模型三部分組成，它可以綜合評價在電－熱－力作用下的點焊接頭性能；日本學(xué)者De,A在鋁合金電阻點焊的研究中，采用電－熱－力耦合的有限元模型，預(yù)測了在不同焊接電流、焊接時間、電極力作用下的熔核直徑、熔深、電極與板的接觸直徑等，經(jīng)驗證：這種模型對于離線檢測焊接參數(shù)對焊點尺寸的影響非常有用。
2 計算機模擬的精確性分析
隨著計算機模擬方法在電阻焊過程研究中的應(yīng)用日趨廣泛，為了進一步開發(fā)它用于工業(yè)生產(chǎn)中，必須考慮這種模擬方法的誤差有多大？如何提高數(shù)值模擬的精度，使其得出的結(jié)果更接近于實際焊接情況。近來，有些國外學(xué)者就此方面作了專門的研究，例如：美國學(xué)者Cavendish,James C.在文章中提到：對于計算機模擬模型評估的一個重要問題是判斷它是否足夠精確，通常人們用貝葉斯定理統(tǒng)計策略來分析模擬計算的誤差范圍，但是，在輸入量和未知參數(shù)多、數(shù)據(jù)量大的情況下，統(tǒng)計分析變得相當(dāng)困難。Hasselman,Timothy等學(xué)者在用電－熱－力有限元模型分析鋁合金電阻點焊過程，計算熔核尺寸和表面壓痕時，采用基于不確定模型方法的主元素法，通過對熔核尺寸和壓痕統(tǒng)計的線性均方差得到有限元的預(yù)測精度。