摘 要

电阻点焊工艺是汽车设计和制造工业中不可缺少的一项重要技术，考虑到实验点焊熔核生长的细节不可观察且费时费力，通过仿真模拟方式研究点焊参数工艺具有明显的重要性和优势性。本课题采用SYSWELD软件，分别对等厚两层低碳钢板、不等厚两层低碳钢板、不等厚三层低碳钢板进行了点焊过程的耦合模拟分析。充分考虑了电极尺寸及端面形式、强弱耦合、网格划分等对熔核形状尺寸的影响。在两层等厚板模拟中，分别将焊接电流、时间、电极压力设置为单一变量，模拟分析各参数对熔核质量的影响。对两层不等厚板，模拟了硬、中、软等多种规范对熔核尺寸和熔核偏移的影响。在此基础上，模拟了一定规范下三层板的厚板位置对点焊质量的影响。

本文的研究结果表明，焊接时间和焊接电流对点焊质量影响较大，电极压力的影响很小，焊接时间、电流增大或电极压力减小，焊核尺寸相应也增大。对不等厚板的三种规范，熔核偏移程度由大到小依次为：软，中，硬。低碳钢电阻点焊采用硬规范的形核质量更好、效率更高。不等厚三层板点焊两种排列方式均能得到良好焊核，但熔核生长过程的起始位置和动态变化也有差异。模拟结果与试验数据有一定误差，且SYSWELD模拟结果的准确率不如SORPAS软件的准确率高。

关键词：低碳钢；点焊；数值模拟；熔核

Abstract

Resistance spot welding process is an important technology indispensable in the design and manufacture of automobiles.It is of great value and significance to study the optimization of spot welding parameters by numerical simulation method considering the invisibility of spot welding nugget formation.This topic uses SYSWELD software,The low - carbon steel plates with two layers of equal - thickness and two - layer low - carbon steel plates and unequally - thick two - layer low - carbon steel plates were analyzed by coupling simulation.The effects of electrode size and end face form, strength and weak coupling, contact resistance and meshing on the size of nugget are taken into account.In the two-layer simulation.Respectively, the welding current, welding time, the electrode pressure is set to a single variable.The influence of parameters on the quality of nugget was simulated.The influence of various specifications such as hard, medium and soft on the size of nugget and the drift of nuggets were simulated.On this basis, the influence of the slab position on the spot welding quality of the three plates is simulated.

The results show that the time and current have a great influence on the quality of spot welding, and the effect of pressure is very small.The greater the time or current, the larger the size of the nuggets;The smaller the electrode pressure, the greater the size of the nugget.Nugget offset from large to small in order: soft, medium and hard.Low-carbon steel resistance spot welding with hard gauge nucleation quality is better.Unequal thickness of the three-tier plate welding two kinds of arrangement can get more high-quality nugget.However, the starting and dynamic changes of the nugget growth process are also different.Simulation results and test data have some error.And the accuracy of SYSWELD simulation results is not as high as that of SORPAS software.

Key words: low carbon steel; spot welding; numerical simulation; nuggets

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 电阻点焊过程分析 1

1.2.1 点焊原理和焊接循环 1

1.2.2 点焊规范参数 2

1.3 焊接数值模拟概述 3

1.4 点焊数值模拟的发展与趋势 3

1.5 本课题的主要研究内容和目标 3

第二章 两层等厚板点焊工艺 5

2.1 两层板1.5mm 1.5mm点焊工艺设计 5

2.1.1 技术方案的确定 5

2.1.2 模型建立与网格划分 7

2.2 SYSWELD点焊模拟过程 7

2.3 点焊结果的后处理 10

2.3.1 点焊过程中的温度场与力场的分布 11

2.3.2 强弱耦合问题 14

2.4 参数对点焊质量的影响 16

2.4.1 焊接时间对熔核质量的影响 16

2.4.2 焊接电流对熔核质量的影响 18

2.4.3 电极压力对熔核质量的影响 19

第三章 两层非等厚板及三层板点焊工艺 21

3.1 两层1mm 2mm钢板点焊过程的模拟 21

3.1.1 软硬规范对两层不等厚板点焊熔核尺寸的影响 21

3.1.2 软硬规范对不等厚板熔核偏移的影响 23

3.2 三层板点焊熔核形成的模拟 23

第四章 实验验证及思考 26

4.1 两层等厚钢板点焊工艺试验 26

4.2 两层不等厚板及三层板点焊工艺试验 27

4.3 撕裂试验 27

第五章 结论 29

参考文献 30

致谢 31

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

汽车的使用随着社会需求变得越来越普及，至2016年我国一年生产的钢量超过10亿吨。汽车车身所采用的材料以冷轧板为主，其中DC01钢的使用量占有较大比例。在现代汽车制造行业中焊接是非常重要的一个环节，而在许多焊接方法中，点焊的使用大约占四分之三，其余只占四分之一^[1]。点焊的优劣程度直接影响了汽车的整体结构，而汽车品质可靠性正是生产商和用户关注的重点，所以，研究点焊参数与熔核质量的关系，制定出合适的优化工艺规范及方案，具有重要的参考意义和必要性^[2]。

然而，由于点焊熔核形成的瞬时性和细节不易观察，使得想要提取质量信息、精确控制点焊过程和了解内部形核过程变得相对困难^[3]。在网络技术的促进下，仿真模拟研究方法逐渐成为研究点焊的主要方式，对于点焊的质量控制和缺陷预测都具有重要的价值。数值模拟的意义主要在于：