鋁合金電阻點(diǎn)焊過程中銅鋁合金化的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鋁合金電阻點(diǎn)焊廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、車輛及輕工部門等領(lǐng)域，在現(xiàn)代制造業(yè)中具有重要的地位。然而，由于鋁合金電阻點(diǎn)焊在連續(xù)點(diǎn)焊過程中存在焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定和電極使用效率低等問題，限制了電阻點(diǎn)焊在這些領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和推廣。造成這一問題的主要原因是點(diǎn)焊過程中電極端面的銅鋁合金化現(xiàn)象，而電極端面較高的溫度與壓力分布又對(duì)合金化反應(yīng)起決定性作用。電阻點(diǎn)焊過程是一個(gè)高度非線性、多物理場(chǎng)耦合（熱、電、力）作用的復(fù)雜過程。焊接時(shí)間的短暫性，熔池形成過程的不可

2、見性，都給試驗(yàn)觀察帶來了困難，因此，本文擬采用數(shù)值模擬的方法，以ANSYS軟件為工具，對(duì)鋁合金點(diǎn)焊過程中銅鋁合金化的反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行模擬研究。具體研究成果如下:
　　本文根據(jù)彈塑性理論和接觸性理論對(duì)電阻點(diǎn)焊預(yù)壓階段的接觸行為進(jìn)行數(shù)值分析，獲得了鋁合金點(diǎn)焊接觸面的初始接觸區(qū)域。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)點(diǎn)焊過程的基本方程，建立了鋁合金電阻點(diǎn)焊過程的熱、電、力耦合模型。
　　利用所建立的耦合模型對(duì)鋁合金點(diǎn)焊的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，

3、結(jié)果表明:在點(diǎn)焊初始階段，由于接觸電阻的分布很不均勻，造成接觸面上的局部區(qū)域產(chǎn)生很高的溫度，甚至能達(dá)到銅鋁之間產(chǎn)生合金化反應(yīng)的溫度。但這種加熱不均勻的現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間非常短，且大部分分布在電極端面的邊緣處，該處也為應(yīng)力集中處。
　　為了進(jìn)一步研究銅鋁合金化反應(yīng)的機(jī)理，本文建立了一種基于銅和鋁擴(kuò)散反應(yīng)進(jìn)行的有限元模型。由于熱傳導(dǎo)方程和擴(kuò)散方程在表達(dá)形式上的相似性，所以用模擬熱傳導(dǎo)的方式來模擬鋁在銅電極中的單向擴(kuò)散過程，以溫度分布表示擴(kuò)散