三层板点焊工艺参数优化的研究与应用

摘要

电阻点焊在汽车车架制造的焊接中有着广泛应用。由于点焊熔核形成过程的不可见性和焊接过程的瞬时性给点焊过程质量监控与工艺参数的优化造成困难，尤其是三层板特殊情况下的点焊，其工艺过程的复杂性与接头质量的波动性更为突出。点焊工艺研究的方法可以分为工艺试验法和模拟分析法，这两种方法各有其优越性又相互补充。焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。正交实验设计是实验设计中一种优良的方法，它是指用正交表合理地安排实验，利用数理统计的原理科学地分析实验结果，处理多因素实验的科学方法。采用数值模拟研究方法和正交实验设计的研究方法取代点焊工艺实验不仅具有重要的经济价值，而且对于点焊缺陷预测与焊点质量控制具有理论指导意义与实际应用前景。 本文在总结前人的工作基础上，采用ANSYS有限元软件，对三层等厚低碳钢板的点焊过程进行了热电、热力数值模拟分析。针对点焊接头的几何特点和点焊过程的加热特点建立有限元分析模型，包括边界条件设定、网格划分及单元选择。对焊接熔核过程进行了三维实时动态模拟的研究，而且结果与传统的分析结果相吻合。 本文介绍了正交实验设计的原理及方法，采用正交试验设计方法科学地安排试验过程，研究了焊接工艺参数与电阻点焊接头抗拉剪强度及其断裂特征的关系，从中可获得接头最佳力学性能和工艺性能，本研究可为选择电阻点焊的最佳工艺方案提供依据。 本文通过对汽车高强结构钢三层等厚板进行单段和双段电流电阻点焊,并对焊件进行力学性能试验和断面试验,研究了两种焊接方法以及单因素变化(焊接电流、焊接时间及电极压力) 对焊接质量的影响。试验结果表明三层板采用双段电流点焊方法质量明显好于单段电流点焊。本研究可为选择电阻点焊的最佳工艺方案提供依据，并明显改善了现场工艺的生产质量。 运用数值模拟和正交实验设计二者相结合的方法，可以互相验证，互相支持，很大程度的节约了生产成本，使得提高三层板点焊质量的方法科学快捷，具有较高的实际应用价值。