介质点焊形核机理及工艺性研究

论文摘要

电阻点焊被广泛的应用在薄板焊接当中。并且点焊是现代汽车制造工业中重要的工艺方法,它具有生产效率高,易于实现自动化而被广泛应用于汽车的焊装线上。介质点焊是指在工间之间加入介质材料进行点焊。本文以防锈铝合金为试验材料,以铝粉和导电膏的混合物作为介质材料,进行点焊试验研究。经金相试样分析及扫描电镜分析,研究了在不同的焊接电流下,应用介质材料与未应用介质材料时的熔核形貌、缺陷及组织。结果表明,未加入大电阻介质的点焊熔核均出现气孔和未熔合缺陷;而加入大电阻介质,形核效果良好,有个别小气孔但未出现影响焊点力学性能的未熔合缺陷。此外,加入大电阻介质降低了对焊件表面质量的要求,从而提高了铝合金点焊质量的稳定性,可降低焊接电流,提高电极寿命。因为介质电阻点焊的瞬时性使得试验研究焊点形成过程十分困难,因此本课题采用数值模拟的方法对形核过程进行研究。根据弹塑性理论和接触理论,建立了锥台形电极条件下铝合金电阻点焊预压接触分析的轴对称有限元模型,对预压阶段的接触行为进行了数值分析,获得了铝合金电阻点焊初始接触面积。根据描述点焊过程的基本方程,基于有限元理论,建立了描述介质铝合金点焊熔核形成过程热-电耦合行为的轴对称有限元模型。模型中考虑了材料随温度变化的热物理性能,考虑相变潜热等影响因素。通过编程实现了锥台形电极条件下铝合金点焊过程的热-电耦合分析。模拟结果表明,在较低焊接的电流（13KA）下,就可以得到比较饱满的熔核。总之,试验及模拟结果表明,加入介质材料后,降低了焊接电流;改善了点焊焊接工艺性;有利于提高电极寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1-1 研究背景及意义
• 1-1-1 铝合金电阻点焊研究的必要性
• 1-1-2 铝合金电阻点焊所存在的主要问题
• 1-1-3 介质点焊研究意义
• 1-2 介质电阻点焊过程数值模拟及工艺研究进展
• 1-2-1 电阻点焊过程数值模拟的发展
• 1-2-2 介质电阻点焊过程数值模拟的发展
• 1-2-3 介质电阻点焊工艺性现状
• 1-3 本论文的研究目的和内容
• 第二章 铝合金电阻点焊预压分析
• 2-1 弹塑性分析理论
• 2-1-1 弹塑性分析
• 2-1-2 弹塑性问题的求解算法
• 2-2 铝合金电阻点焊预压有限元模型的建立
• 2-2-1 有限元模型的假设条件
• 2-2-2 几何模型、有限元网格划分
• 2-2-3 边界条件及载荷
• 2-2-4 接触分析
• 2-3 铝合金电阻点焊预压分析结果
• 2-4 电极压力对铝合金电阻点焊预压接触行为的影响
• 2-5 本章小结
• 第三章 铝合金介质点焊工艺性研究
• 3-1 铝合金介质点焊理论基础
• 3-1-1 电阻点焊的热源
• 3-1-2 介质电阻点焊的热源
• 3-1-3 介质电阻电阻点焊过程
• 3-1-4 LF21 的焊接性
• 3-2 铝合金介质点焊试验
• 3-2-1 试验中用到的材料及设备
• 3-2-2 介质点焊试验
• 3-3 试验结果及分析
• 3-3-1 试验结果
• 3-3-2 试验分析
• 3-3-3 介质点焊形核机理
• 3-4 本章小结
• 第四章铝合金介质点焊温度场数值模拟
• 4-1 铝合金介质电阻点焊有限元模型的建立
• 4-1-1 建立铝合金介质电阻点焊数学模型的基本方程
• 4-1-2 介质电阻点焊问题的简化与假设
• 4-1-3 几何模型的网格划分与边界条件
• 4-2 铝合金介质电阻点焊有限元模拟中的关键技术处理
• 4-2-1 相变潜热问题的处理
• 4-2-2 接触电阻的处理
• 4-2-3 材料性能参数
• 4-3 数值计算与结果分析
• 4-3-1 铝合金介质电阻点焊过程热、电行为的耦合方法
• 4-3-2 温度场分析
• 4-4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文