基于有限元法的电阻点焊电极热输入机理.pdf

第 2 9 卷 第 5 期 焊 　 接 　 学 　 报 Vol. 2 9 　 No. 5 2 0 0 8 年 5 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION May 　 2 0 0 8 基于有限元法的电阻点焊电极热输入机理 1 1 1 2 　　　　　罗爱辉 , 　张延松 , 　陈关龙 , 　朱文峰 ( 　　　　　　 1. 上海交通大学 机械与动力工程学院 车身制造技术中心 , 上海 　200240 ; 　　　　　　2. 上海同济大学 机械工程学院 , 上海 　200092) 摘 　要 : 为了探明点焊过程中通过电极散失热量的过程和机理 ,展开了对电阻点焊电 ( ) 极热输入机理问题的分析和研究 ,基于有限元法 FEM 提出并建立了电极热输入计算 模型 ,并根据模拟仿真策略对电极瞬态热输入的成分和大小进行了分析和探讨 ,最后通 过试验验证了分析的结论 。结果表明 ,点焊过程中散入到电极的热可分为电阻热和传 导热两部分 , 电阻热流的变化规律与焊接电流一致 ,而传导热流则在电极输入热中占主 导地位 。此工作有助于电极散热和焊接质量控制等方面的研究 。 关键词 : 电阻点焊 ; 热输入 ; 有限元法 ( ) 罗爱辉 中图分类号 : TG404 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 0253 - 360X 2008 05 - 0041 - 04 0 　序 　　言 量来研究电极瞬态热及温度场 ,该文献只是较简单 的应用了试验测量数据 ,对电极散热机理和散热过 电阻点焊是在汽车车身装配过程中应用最广泛 程没有进行详细的分析 。文中将在已有研究工作的 的一种焊接工艺 ,它是利用瞬间强大的焊接电流通 基础上 ,展开对电阻点焊电极热输入机理的分析和 过焊件 ,并依靠焊件之间的接触电阻产生大量的电 研究 ,基于有限元法建立电极热输入模型 ,并对模拟 阻热熔化接触部分的焊件 。在整个焊接工艺过程 结果进行分析和讨论 ,最后通过试验验证文中结论 。 中 , 自始至终都伴随着热的流动与变化 , 电阻点焊过 程中产生的电阻热除了熔化工件金属 ,形成焊核 ,其 1 　问题描述 余大部分的热量都是通过各种热交换方式散失于焊 接区和设备之外 。作为电阻点焊设备的重要组成工 在图 1 所示的电阻点焊过程中 ,上下电极压在 件 , 电极主要是用来进行导电、传力 、散热等作用 。 被焊工件上 , 电流依次流经上电极 、上工件 、下工件 焊接过程中多余的热量通过传热作用被传导至 电 和下电极 。由于电接触电阻的存在 ,在电极工件接 极 ,并通过各种形式的热交换作用将散入到电极的 触面和工件间的接触面上会产生电阻热 。工件间接 多余部分热量及时地散发出去 。 触面的热量将工件熔化形成焊核 ,而电极工件之间 以往人们研究电阻点焊问题主要集中在焊核成 的大部分热量将散入电极中 ,为了防止电极工件接 形与焊接强度等方面 ,无论是简单的热模型[1 ,2 ] ,还 触面的熔化 ,及时带走散入电极内部的热量 ,在电极 是复杂的多场耦合模型[3 ,4 ] ,都没有专门针对电