مدلسازی المان محدود و تست تجربی جوشکاری مقاومتی نقطه ای به منظور مطالعه ویژگی های مکانیکی و حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک ، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه ارومیه ، ارومیه ، ایران

چکیده

فرآیند جوش نقطه‌ای مقاومتی یک پروسه اتصال است که شامل فعل و انفعالات الکتریکی، حرارتی و مکانیکی می‌باشد و به همین دلیل این روش شدیدا غیرخطی بوده ومدل‌سازی آن دشوار است. در این مقاله، برای تجزیه و تحلیل و مدل‌سازی فرآیند جوش نقط‌های مقاومتی ، از نرم‌افزار اجزای محدود انسیس استفاده شده است. به منظور افزایش دقت، خواص مواد به صورت وابسته به دما تعریف شده‌اند و تبدیل فاز در شبیه‌سازی در نظر گرفته شده‎است. ماده مورد استفاده فوالد آ.آی.اِس.آی 1008 می‌باشد و پارامترهای اصلی فرآیند شامل شعاع تماس، فشار تماس و توزیع دما مورد بررسی قرار گرفته‌اند. همچنین چگونگی رشد نقطه جوش در طول فرآیند مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از حل عددی برای اندازه دکمه جوش با نتایج حاصل از آزمون تجربی همخوانی خوبی داشته است. با استفاده از این نتایج، تنظیمات بهینه برای جریان، زمان و فشار دستگاه جوش نقطه‌ای می‌تواند در مواد مختلف برای افزایش کیفیت جوشکاری به کار رود. علاوه برای جریان الکتریکی جریان شانتینگ (انحرافی) بر اندازه دکمه جوش تاثیر می‌گذارد. برخی از آزمایشات به منظور بررسی تأثیر جریان الکتریکی، طراحی و شبیه‌سازی شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Coupled Finite Element Model to Study on Mechanical and Thermal Features of Resistance Spot Welding Process with Experimental Verification

نویسندگان [English]

  • hamed pashazadeh 1
  • Milad Rostami 2
1 Department of mechanical engineering, Faculty of Engineering, Urmia university, Urmia, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Resistance spot welding is a strong coupling process which involves electrical, thermal, and mechanical interactions. These make the whole welding procedure highly non-linear and difficult to model. In this paper, finite element analyzing tool, ANSYS, was used to simulate and model Resistance spot welding. In order to improve accuracy, material properties were defined temperature-dependent and phase transformation was taken into account in the simulation. The steel sheets in this study were AISI 1008 steel. The key parameters of the process including contact radius, contact pressure, and temperature distribution were investigated. Also, the development of weld nugget during the process was investigated and numerical calculations for nugget size showed good agreement with experimental results. This causes the weld nugget diameter abnormal variations and consequently reduces the weld strength. Therefore, the tip of the electrode should be dressed in this process. With these results, optimum settings for current, timing and pressure of the spot welding machine can be formulated for different materials to produce the desired welding quality. In addition to the magnitude of welding current, current shunting phenomenon affects the nugget size. In order to investigate the effect of electric current shunting, some tests were designed and simulated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Coupled finite element modeling
  • Resistance spot welding
  • Temperature distributions
  • Contact pressure
  • Weld nugget size

مراجع

[1]J. Wang, H.-P. Wang, F. Lu, B.E. Carlson, D.R. Sigler, Analysis of Al-steel resistance spot welding process by developing a fully coupled multi-physics simulation   model, International Journal of Heat and Mass Transfer, 89 (2015) 1061-1072.
[2]     W. Zhang, D. Sun, L. Han, Y. Li, Optimised design of electrode morphology for novel dissimilar resistance spot welding of aluminium alloy and galvanised high strength steel, Materials & Design, 85 (2015) 461-470.
[3]     H.-S. Shin, M. de Leon, Parametric study in similar ultrasonic spot welding of A5052-H32 alloy sheets, Journal of Materials Processing Technology, 224 (2015) .232-222
[4]     A. Plaine, A. Gonzalez, U. Suhuddin, J. Dos Santos, N. Alcântara, The optimization of friction spot welding process parameters in AA6181-T4 and Ti6Al4V dissimilar joints, Materials & Design, 83 (2015) 36-41.
[5]     V. Prashanthkumar, N. Venkataram, N. Mahesh, Process Parameter Selection for Resistance Spot Welding through
Thermal Analysis of 2mm CRCA Sheets, Procedia Materials Science, 5 (2014) 369-378.
[6]     Ó. Martín, P. De Tiedra, M. López, Artificial neural networks for pitting potential prediction of resistance spot welding joints of AISI 304 austenitic stainless steel, Corrosion Science, 52(7) (2010) 2397-2402.
[7]     T. Sadowski, P. Golewski, M. Kneć, Experimental investigation and numerical modelling of spot welding– adhesive joints response, Composite structures, 112 (2014) 66-77.
[8]     R. Raoelison, A. Fuentes, C. Pouvreau, P. Rogeon, P. Carre, F. Dechalotte, Modeling and numerical simulation of the resistance spot welding of zinc coated steel sheets using rounded tip electrode: Analysis of required conditions, Applied Mathematical Modelling, 38(9) (2014) 2505-2521.
[9]     Y. Li, Z. Wei, Y. Li, Q. Shen, Z. Lin, Effects of cone angle of truncated electrode on heat and mass transfer in resistance spot welding, International Journal of Heat and Mass Transfer, 65 (2013) 400-408.
[10]  X. Wang, Y. Gu, T. Qiu, Y. Ma, D. Zhang, H. Liu, An experimental and numerical study of laser impact spot welding, Materials & Design (1980-2015), 65 (2015) .2511-3411
[11]  H. Pashazadeh, Y. Gheisari, M. Hamedi, Statistical modeling and optimization of resistance spot welding process parameters using neural networks and multiobjective genetic algorithm, Journal of Intelligent Manufacturing, 27(3) (2016) 549-559.
[12]  M. Hamedi, M. Shariatpanahi, A. Mansourzadeh, Optimizing spot welding parameters in a sheet metal assembly by neural networks and genetic algorithm, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 221(7) (2007) 1175-1184.
[13]  R. Hashemi, H. Pashazadeh, M. Hamedi, An incrementally coupled thermo-electro-mechanical model for resistance spot welding, Materials and Manufacturing Processes, 27(12) (2012) 1442-1449.
[14]  M. Fatehi, M. Kaviany, Adiabatic reverse combustion in a packed bed, Combustion and Flame, 99(1) (1994) 1-17.
[15]  A. Kraus, A. Bar-Cohen, Thermal Analysis and Control of Electronic Equipment, McGraw-Hill, New York, 1983, p. 35.
[16]  A.H. Volume, 2: Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, ASM international, (1990) 889-896.
[17]  ANSYS. http://www.ansys.com.
[18]  R.W. Manual, the Resistance Welder Manufacturers’ Association, Caps, 1(2) (1946) 7.
[19]  B. Xing, Y. Xiao, Q.H. Qin, Characteristics of shunting effect in resistance spot welding in mild steel based on electrode displacement, Measurement, 115 (2018) 233-242.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 5
آذر و دی 1398
صفحه 1147-1156

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار