DP590双相钢电阻点焊过程的数值模拟及实验分析

论文摘要

双相钢是兼有高强度和良好成型性的理想汽车用钢,已成为未来发展轻质量高安全性汽车的主要材料。在汽车制造中,电阻点焊是主要的连接技术。与普通低碳钢相比,双相钢中加入了较多的Si、Mn等合金元素,在焊接时可能会出现成份偏析、淬硬脆化、易产生焊接缺陷等问题,因此通过实验确定合适的点焊工艺参数,制定合理的点焊规范将对双相钢在今后的广泛使用产生重要影响。而由于点焊熔核形成过程的不可见性,计算机模拟技术已经成为电阻点焊研究的主要方法。本文介绍了近年来国内外学者对双相钢电阻点焊的研究现状,以及计算机数值模拟技术用于点焊技术的发展。此外,还简单介绍了针对电阻焊特点开发的专业有限元软件SORPAS的特点和理论基础。基于SORPAS软件,针对DP590双相钢建立了描述点焊熔核形成过程的轴对称有限元模型,并实测了DP590双相钢的多项热物理性能参数。通过数值模拟定量揭示了双相钢点焊中温度场、电场、接触电阻等过程量的变化规律,并计算出双相钢点焊熔核直径、接头区域硬度、冷却速度及焊后组织的分布。对DP590双相钢板采用不同焊接规范进行多组点焊实验,测出不同规范下熔核直径大小、硬度分布,并通过拉剪、正拉实验得出焊点的力学性能,研究了焊接电流、焊接时间、电极压力对焊点熔核直径以及力学性能的影响规律,并对熔核进行宏观及微观金相分析,最后实测了DP590双相钢的焊接CCT曲线。将计算结果与实测结果进行了比较,验证了本文所建模型和计算结果的可靠性。应用SORPAS软件模拟各种参数组合下缓冷及回火过程,将计算所得到的最佳参数应用到实际中。通过拉伸实验、显微硬度实验以及断口扫描分析结果表明:对DP590双相钢附加恰当的缓冷或回火脉冲规范会使点焊接头的韧性有较大程度的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 双相钢的特点及研究现状
• 1.2.1 双相钢
• 1.2.2 双相钢的特点
• 1.2.3 双相钢的研究现状
• 1.3 双相钢电阻点焊技术的研究现状
• 1.3.1 有关双相钢电阻点焊的国外研究
• 1.3.2 有关双相钢电阻点焊的国内研究
• 1.4 数值模拟在电阻点焊中的应用
• 1.4.1 国内外研究现状
• 1.4.2 存在问题及发展趋势
• 1.5 研究内容和意义
• 第2章 SORPAS 软件及计算建模
• 2.1 SORPAS 软件简介
• 2.2 数值模拟的理论基础
• 2.2.1 实体模型的建立与简化
• 2.2.2 电学模型
• 2.2.3 热学模型和冶金模型
• 2.2.4 机械模型
• 2.2.5 数值模型的耦合
• 2.2.6 接触电阻的处理
• 2.3 DP590 双相钢热物理性能参数的测定
• 2.4 电阻点焊建模及求解
• 2.4.1 有限元模型的建立
• 2.4.2 边界条件及材料属性
• 2.4.3 有限元的求解
• 2.5 本章小结
• 第3章 模拟计算结果及分析
• 3.1 点焊接头温度场
• 3.1.1 典型的点焊接头区域温度场分布
• 3.1.2 焊接电流大小对接头区域温度分布的影响
• 3.1.3 焊接通电时间对接头区域温度分布的影响
• 3.1.4 电极压力对接头区域温度分布的影响
• 3.2 点焊接头区域冷却速度
• 3.3 焊接区动态接触电阻的分布
• 3.4 点焊接头区域焊后组织分布
• 3.5 点焊接头区域硬度分布
• 3.6 双脉冲点焊的模拟
• 3.7 本章小结
• 第4章 实焊试验及与模拟结果的对比分析
• 4.1 SH-CCT 曲线测定
• 4.1.1 SH-CCT 曲线
• 4.1.2 测定原理及方法
• 4.1.3 测试试样及设备
• 4.1.4 实测DP590 双相钢焊接CCT 曲线
• 4.2 实焊试验
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备及仪器
• 4.2.3 单脉冲规范点焊实验方法
• 4.2.4 单脉冲规范点焊实验结果
• 4.2.5 双脉冲规范点焊实验方法
• 4.2.6 双脉冲规范点焊实验结果
• 4.3 对比分析
• 4.3.1 熔核尺寸对比
• 4.3.2 焊接区组织对比
• 4.3.3 焊接区硬度对比
• 4.4 模拟的误差分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文