鍍鋅鋼板點(diǎn)焊溫度場及動態(tài)過程的數(shù)值模擬.pdf

1、鍍鋅鋼板以其優(yōu)越的防腐蝕性能，廣泛用于汽車車身等制造中，而電阻點(diǎn)焊是主要的連接技術(shù)。但由于鍍鋅層的存在，使得鍍鋅鋼板與普通鋼板相比其焊接性能有著明顯的區(qū)別，其可焊性相比普通鋼板差了很多。在這種情況下，點(diǎn)焊電極的損耗也隨之加速。因此，研究電極失效機(jī)理及改進(jìn)點(diǎn)焊工藝成為亟待解決的問題。而由于電阻點(diǎn)焊的不可見性，計(jì)算機(jī)模擬成為研究的主要方法。 本文介紹了近年來國內(nèi)外學(xué)者用各種方法對電阻點(diǎn)焊特別是電極壽命的研究現(xiàn)狀，以及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬用

2、于焊接技術(shù)的發(fā)展。同時(shí)介紹了異種材料焊接過程中的擴(kuò)散問題。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹了兩種通用有限元軟件ANSYS和FPEG在焊接溫度場模擬上的應(yīng)用和具體步驟。基于兩種軟件各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本文分別選擇用兩種軟件來進(jìn)行鍍鋅鋼板電阻點(diǎn)焊溫度場和電極元素?cái)U(kuò)散的模擬。 基于ANSYS，建立了兩種不同的二維點(diǎn)焊溫度場計(jì)算模型：熱-電耦合和熱-電-力耦合。計(jì)算結(jié)果以熔核尺寸來表現(xiàn)。在熱-電耦合模型中，對接觸電阻進(jìn)行了簡化，即不考慮壓力導(dǎo)致的接觸面

3、積變化，從而引起接觸電阻的變化。在熱-電-力耦合模型中，利用ANSYS自帶的單元生死技術(shù)和順序物理場耦合，在熱-電耦合的基礎(chǔ)上將力學(xué)分析也進(jìn)一步參與耦合。力學(xué)分析可以計(jì)算外加壓力引起接觸面積的變化，從而修正計(jì)算過程中的接觸電阻，此為動態(tài)模擬。計(jì)算過程中所用的循環(huán)等控制程序均由作者自行開發(fā)。本文探討了兩種模型在處理接觸電阻上的異同，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。連續(xù)點(diǎn)焊的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以獲取關(guān)于電極壽命和熔核尺寸的相關(guān)規(guī)律，結(jié)合數(shù)值模擬對熔核尺寸的

4、計(jì)算，可以對鍍鋅鋼板電阻點(diǎn)焊電極壽命進(jìn)行初步的預(yù)測。該預(yù)測結(jié)果可以為指導(dǎo)生產(chǎn)提供依據(jù)。 為了更好的研究電極失效的機(jī)理，本文針對電極失效的一個(gè)主要原因合金化進(jìn)行了分析?；贔PEG，本文建立了鍍鋅層向銅電極擴(kuò)散的簡化二維模型。根據(jù)擴(kuò)散控制方程和熱傳導(dǎo)方程的相似性，選擇用溫度場來模擬擴(kuò)散過程，用溫度來表示濃度的分布。用兩種方式計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)：菲克第二定律和隨機(jī)跳動速率（Random Walk problem）。并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測得的電極中鋅