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铝合金电阻电焊有限元模拟与分析铝合金电阻电焊有限元模拟与分析摘 要：利用SYSWELD软件对AA5754铝合金电阻点焊预压接触 进行有限元分析，探寻电极压力和电极球半径对接触压力的影响以及 工件板厚对电极压力的影响 关键词：电极压力、接触压力、铝合金、点焊、有限元 引言： 预压阶段作为电阻点焊的第一个阶段，其效果会影响铝合金焊接初始电阻的大小，对电阻点焊的 开始形核位置、熔核的构成、是不是产生喷溅、电极的烧损及焊接质 量有着极大的影响［1 ］ o 本文基于有限元软件SYSWELD创建了在球形电极下铝合金电阻点焊预压阶段的有限元网格模型，对铝合金电 阻点焊预压接触进行分析 2.铝合金电阻点焊预压阶段有限元分析 2.1有限元模型的建立 采用有限元软件SYSWELD对铝合金AA5754电阻点焊预压阶段进行模拟分析［2］,结合实际情况作 如下假设以简化模型： （1）电极与工件为轴对称布局：电极与工件间的连接为无滑动的、滑腻的、面面接触； （2）电极压力均匀施压于电极轴截面上，在铝合金电阻点焊预压进程中下电极的上 端面不产生轴向位移； （3）铝合金AA5754 X件和铜电极均为各项同性双线性强化、均质材料、遵循以上的接触分析； （4）边界条件：上电极端面施加电流与压力；下电极端面电压为零；对称 轴中心线径向位移束缚，下电极下端面轴向位移束缚。

2.1.1实体模型建立与网格划分 将点焊的数值模拟模型简化为轴对称模型如图1所示，模型有上下电极和工件1、2划分网格时，在工件 间的接触区和工件与电极间的接触区及其附近区域的网格划分较密, 其它远离中心区域的网格较稀疏 图1预压有限元模型 2. 1.2材料力学性能参数 本次模拟采用的材料为AA5754铝合金，电极为铜电极，其常温下对应力学性能参数［3］如下表1所示 表1材料常温下力学性能参数 材料 弹性模/Gpa屈服强/MPa切向模/Mpa泊松比 AA5754 70.3 185 25.9 0. 30 铜电极124 230 66.5 0. 33 2.2铝合金电阻点焊预压模拟结果及分析在所建模型基础上，对不同参数（电极压力、焊接电流、焊接时间、 工件厚度、）下铝合金AA5754电阻点焊预压过程进行数值模拟[4]o 在点焊过程中工件和电极之间的接触压力由中心到边缘不断升高此 次模拟采用电极为球形电极球形电极因头部面积大，散热效果好； 焊件表面压痕较浅，且为圆滑过渡，这样将不会造成很大的应力集中， 焊接区的电流和电极力也较平均，同时工作安装中其要求较低，对焊 点质量影响较小 从图2可以看出电极-工件间接触压力和接触面积随着电极压力的增大而逐渐变大。

电极压力的增大，预压压力增 大，接触面积增大，并紧密结合在一起，进而使得接触电阻减小，加 上铝合金良好的导热性，需要加大焊机电流来进行焊接；电极压力的 减小，则预压压力将变小，会使的工件-电极之间的接触面积减小， 降低对工件的牢固作用，同时还会因接触电阻过大造成电极端面的烧 损 工件-工件间接触压力和贴合在一起的面同样会随着电极压力的增大而变大当电极压力过小时"，接触面积小，接触质量变差 点焊形成难以进行 （2）工件板厚对电极压力的影响 此次模拟分别创建了板厚为1. Omm> 1. 2mm> 1. 5mm> 2. Omm的铝合金 AA5754进行点焊模拟， 图2不同板厚情况下工件-工件间接触压力分布图 工件板厚由0. 8mm逐渐增加到2. Omm,由工件-工件间接触压力分布状况，从图6中可以看出，工件-工件间的接触中心 区压力随着板厚增大而减小，同时由接触中心到接触边缘，接触压力 的下降幅度随板厚增加而减缓，接触半径随板厚增加而增大 3结论 本章通过有限元软件SYSWELD对铝合金AA5754电阻点焊进行了预压阶段的模拟，得出以下结论： （1）工件-电极、工件-工件间接触压力由接触面中心向边缘逐渐下降； （2）电极-工件、工件-工件间接触压力和贴合部分均跟着电极压力变大而变大， 接触压力分布愈来愈平均。

随接触压力的增大，工件-工件间变形区 域逐渐增大 （3）板厚的增添，使得工件-工件间接触而积和 接触压力都略有下降，但综合来看板厚对工件电极间接触面积和接触 压力影响不大 参考文献： [1]常保华，都东等.铝合金电阻电焊过程的有限元模拟[J].焊接学报，2004, 25 （2）： 19-22. [2]龙昕，汪建华，张增艳等.电阻点焊温度场分布的数值模拟[J].上海交通大学学报，2002, 35 (3) : 416-419. [3]刘建花,马跃洲.球形电极电阻点焊过程的热力耦合分析[J].热加工工艺， 2007, 36 (15)： 76-79. [4] RONG M Z, YANG F, WU Y, et al.Simulation of arc characteristics in miniature circuit breaker[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2010, 38(9 ) ： 2306-2311. 作者简介：谢斌(1985-)，男，江西南 昌人，江西科技学院,硕士，助教研究方向：材料加工工程。