Najnowsze osiagniecia w zakresie symulacji i optymalizacji … · Międzynarodowa Norma ISO 14327:2004 zawiera analizy zgrzewalności oraz informacje dotyczące optymalizacji zgrzewania

General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.

You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.

Downloaded from orbit.dtu.dk on: Jun 13, 2021

Najnowsze osiagniecia w zakresie symulacji i optymalizacji procesu zgrzewaniarezystancyjnego

Nielsen, Chris Valentin; Bennedbæk, Rune ; Zhang, Wenqi

Publication date:2015

Document VersionOgså kaldet Forlagets PDF

Link back to DTU Orbit

Citation (APA):Nielsen, C. V., Bennedbæk, R., & Zhang, W. (2015). Najnowsze osiagniecia w zakresie symulacji i optymalizacjiprocesu zgrzewania rezystancyjnego. Paper presented at Szkolenie-Seminarium - Nowoczesne materiay ikierunki rozwoju technologii zgrzewania rezystancyjnego, Gliwice, .

https://orbit.dtu.dk/en/publications/e78e5ed3-bfc9-4b90-8d79-432690c1f5aa

INSTYTUT SPAWALNICTWA44-100 Gliwice, ul. Bł. Czesława 16-18tel. 32 231 00 11; fax 32 231 46 52www.is.gliwice.pl [email protected]

SZKOLENIE-SEMINARIUMpt.

NowoczesNe materiały i kierunki rozwoju

technologii zgrzewania rezystaNcyjNego

zorganizowane przez

INSTYTUT SPAWALNICTWAGLIWICE

iASPA SP. Z O. O

WROCŁAW

CZERWIEC, 2015 ROK

Powielanie i rozpowszechnianie bez zgody instytutu Spawalnictwa zabronione

Wydawca: INSTYTUT SPAWALNICTWA, 44-100 GLIWICE, UL. Bł. CzESłAWA 16-18 tel. 32 231 00 11, fax 32 231 46 52 www.is.gliwice.pl, [email protected]: Instytut Spawalnictwa, 44-100 Gliwice, ul. Bł. Czesława 16-18

ISBN - 978-83-61272-25-0

spis treści

1. Najnowsze osiągnięcia w zakresie symulacji i optymalizacji procesu zgrzewania rezystancyjnego

Chris V. Nielsen, Rune Bennedbæk and Wenqi Zhang, SWANTEC Software and Engineering ApS/Dania,

2. zgrzewanie rezystancyjne punktowe stopów aluminium Ralf Bothfeld, Jörg Eggers, dr. Thomas Jansen – Harms & Wende/Niemcy,

3. zgrzewanie garbowe blach z serwomechanicznym dociskiem elektrod dr inż. Zygmunt Mikno – Instytut Spawalnictwa, Gliwice,

dr inż. Zbigniew Bartnik - Politechnika Wrocławska,

4. stanowiska do zgrzewania – przegląd polskich rozwiązań w zakresie zgrzewarek Dariusz Cieślik – ASPA Wrocław,

5. innowacyjna metoda zwiększania trwałości elektrod do zgrzewania oporowego punktowego

prof. dr hab. inż. Jacek Senkara, mgr inż. Jan Godek – Politechnika Warszawska, Zakład Inżynierii Spajania

6. systemy zgrzewalnicze nowej generacji inż. Robert Gniewowski, inż. Tomasz Gniewowski – GJG System,

7. analiza zmian gęstości prądu podczas tworzenia zgrzeiny garbowej w obliczeniach MeS

dr inż. Zbigniew Bartnik, dr inż. Artur Lange – Politechnika Wrocławska, dr inż. Zygmunt Mikno – Instytut Spawalnictwa,

8. systemy docisku elektrod w zgrzewaniu rezystancyjnym (pneumatyczny/serwomechaniczny)

dr inż. Zygmunt Mikno, mgr inż. Szymon Kowieski – Instytut Spawalnictwa, Kamil Nowara – Politechnika Śląska,

9. zgrzewanie nakrętek z garbami pełnymi mgr inż. Szymon Kowieski, dr inż. Adam Pietras, dr inż. Zygmunt Mikno – Instytut

Spawalnictwa,

10. zużycie elektrod do zgrzewania punktowego w aspekcie kształtu oraz parametrów procesu

prof. dr hab. inż. Andrzej Ambroziak, dr inż. Marcin Korzeniowski – Politechnika Wrocławska, Magdalena Brodowska – Faurecia Polska sp. z o.o.

INSTYTUT SPAWALNICTWA w GLIWICACHSeminarium: Nowoczesne materiały i kierunki rozwoju technologii zgrzewania rezystancyjnego

NajNowsze osiągNięcia w zakreSie

symulacji i optymalizacji ProceSu zgrzewania

rezystaNcyjNego

Opracowali: Chris V. Nielsen, Rune Bennedbæk and Wenqi zhang, SWANTEC Software and Engineering ApS/Dania,


1

Najnowsze osiągnięcia w zakresie symulacji i optymalizacji procesu zgrzewania rezystancyjnegoOpracowali: Chris V. Nielsen, Rune Bennedbæk and Wenqi Zhang

Streszczenie

Niniejszy artykuł przedstawia najnowsze osiągnięcia w zakresie numerycznej symulacji oraz optymalizacji zgrzewania rezystancyjnego, jak również w zakresie symulacji trójwymiarowej. Symulacja zgrzewania rezystancyjnego pozwala przewidzieć wielkość jądra zgrzeiny dla różnej kombinacji materiałów zgrzewanych oraz umożliwia optymalizację i wyznaczanie parametrów procesu zgrzewania. Jakość zgrzeiny można modelować pod kątem przemian mikrostrukturalnych oraz rozkładu twardości i wytrzymałości w określonych warunkach obciążenia. Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie symulacji trójwymiarowej skomplikowanych złączy pozwalają na modelowanie badań oraz określonych zjawisk np. bocznikowania. Innym procesem, który często wymaga symulacji 3D jest zgrzewanie garbowe. W niniejszym artykule przedstawiono symulację trójwymiarową nowego, lekkiego materiału warstwowego.

1. wprowadzenie

Zgrzewanie rezystancyjne jest jedną z najbardziej wydajnych technologii łączenia, powszechnie stosowaną w przemyśle samochodowym oraz innych gałęziach przemysłu związanych z obróbką metali. Wprowadzenie nowych materiałów, takich jak nowoczesne stale wysokowytrzymałe (Advanced High Strength Steels - AHSS) oraz stopów alumi-nium przyczyniło się do wzrostu problemów towarzyszących zgrzewaniu rezystancyjnemu. Określenie zgrzewalności nowych materiałów oraz wyznaczenie optymalnych parametrów procesu zgrzewania w celu poprawy jakości zgrzein i zmniejszenia wyprysków wymaga przeprowadzenia większej liczby badań, co znacznie zwiększa koszty opracowania oraz wprowadzenia na rynek nowych produktów.

Od pierwszego wdrożenia przemysłowego systemu SORPAS® w 1999r, numeryczna symulacja zgrzewania rezystancyjnego znajduje coraz więcej zastosowań w przemyśle na całym świecie [1-11]. Zalety symulacji numerycznych to, między innymi, oszczędność czasu oraz obniżanie nakładów finansowych związanych z opracowywaniem nowych produktów oraz redukcja kosztów przeznaczanych na optymalizację procesów. Niniejszy artykuł przedstawia najnowsze osiągnięcia w zakresie symulacji i optymalizacji zgrzewania rezystancyjnego pod kątem projektowania oraz przewidywania jakości uzyskiwanych zgrzein, jak również w odniesieniu do zgrzewaniu nowych zaawansowanych technologicznie materiałów lekkich.

2. symulacja procesu

W systemie SORPAS®, Metoda Elementów Skończonych jest stosowana w celu tworzenia numerycznych modeli symulacji procesów zgrzewania rezystancyjnego. Symulację procesu przeprowadza się w celu zbadania zgrzewalności nowych materiałów poprzez przewidywanie rezultatów wynikających z zastosowania określonych materiałów,

2



elektrod oraz parametrów procesu zgrzewania. Symulacja stanowi podstawę bardziej zaawansowanych zadań obejmujących optymalizację oraz projektowanie procesów zgrzewania.

Nowe rozwiązanie obejmuje automatyczne procedury umożlwiające przygotowanie danych wejściowych, przyspieszenie symulacji dzięki wygodniejszemu interfejsowi gra-ficznemu użytkownika oraz prezentowanie wyników procesu zgrzewania. Po przeprowa-dzeniu symulacji, program umożliwia przedstawienie krzywych dynamicznych parametrów procesu w funkcji czasu (np. krzywe napięcia, natężenia prądu, mocy, rezystancji, siły docisku, przemieszczenia elektrod, rozbudowy wielkości jądra zgrzeiny itp.). W trakcie całego procesu zgrzewania, system pozwala na wizualizację rozkładów temperatury, na-tężenia prądu, napięcia, naprężeń oraz odkształceń we wszystkich materiałach.

Rysunek 1 przedstawia przykładową symulację procesu zgrzewania punktowego miękkich blach stalowych o grubości 1,0 mm. Rysunek 1a przedstawia graficzny interfejs użytkownika służący do przygotowywania danych wejściowych, takich jak materiały oraz parametry procesu zgrzewania. Rysunek 1b przedstawia raport z symulacji obejmujący warunki wejściowe oraz wyniki symulacji, w tym krzywe parametrów procesu oraz osta-teczną wielkość jądra zgrzeiny.

a)


3


Rys. 1. Symulacja procesu przeprowadzona w oparciu o system SORPAS®: (a) kreator do przygotowywania danych wejściowych dotyczących użytych materiałów oraz zastosowanego procesu zgrzewania; (b) raport z symulacji zawierający warunki wejściowe oraz przewidywane rezultaty procesu zgrzewania.

Rozprysk jest symulowany poprzez przewidywanie czasu początkowego powstawania wyprysku w trakcie procesu zgrzewania oraz określenie intensywności powstawania wyprysków, tj. niskiej, średniej oraz wysokiej. Rysunek 2a przedstawia krzywą rezystancji dynamicznej ze wskazaniem czasu początkowego powstawania wyprysku oraz intensywności tego procesu. Rysunek 2b przedstawia utworzone jądro zgrzeiny oraz intensywność tworzenia wyprysku.

b)

4



a)

Rys. 2. Symulacja dynamicznego wyprysku z przewidywanym czasem początkowym oraz intensywnością powstawania wyprysku.

(a) Krzywa parametrów procesu z czasem początkowym oraz intensywnością powstawania wyprysku w trakcie procesu zgrzewania.

(b) Końcowa wielkość jądra zgrzeiny ze wskazaniem intensywności powstawania wyprysku.

b)


5


3. optymalizacja procesu

Wyniki symulacji procesów posłużyły opracowaniu zautomatyzowanych procedur umożliwiających optymalizację parametrów procesu zgrzewania rezystancyjnego. Międzynarodowa Norma ISO 14327:2004 zawiera analizy zgrzewalności oraz informacje dotyczące optymalizacji zgrzewania rezystancyjnego wraz z dwoma wykresami przedstawiającymi krzywą narastania zgrzeiny oraz określenie zgrzewalności (zakresu parametrów poprawnego zgrzewania). System SORPAS® umożliwia automatyczną symulację wykresów obejmujących granice przewidywanego wyprysku oraz okno parametrów procesu.

Krzywą narastania zgrzeiny można utworzyć przeprowadzając serię testów zgrzewania zwiększając przy tym natężenie prądu zgrzewania oraz dokonując pomiarów wielkości utworzonego jądra zgrzeiny. Badanie tego rodzaju jest czasochłonne oraz kosztowne. Dzięki zautomatyzowanym procedurom, system SORPAS® pozwala na przeprowadzenie symulacji wszystkich zgrzein wzdłuż krzywej narastania zgrzeiny oraz umożliwia uzyskanie informacji na temat wyprysków.

W podobny sposób można symulować zakres parametrów wyznaczających poprawną zgrzewalność, tj. symulując zgrzeiny w ramach określonego zakresu prądu zgrzewania oraz siły docisku elektrody, jak również wyznaczyć okno parametrów procesu zgrzewania. Na podstawie dwóch zmieniających się parametrów procesu można symulować zgrzewalności (okno parametrów). W przypadku pierwszego parametru zmienne jest natężenie prądu oraz czas zgrzewania, natomiast siła docisku elektrody pozostaje bez zmian. W przypadku drugiego rodzaju parametru, zmianie ulegają natężenie prądu oraz siła docisku elektrody, podczas gdy czas zgrzewania nie zmienia się.

Rysunek 3 przedstawia optymalizację procesu w przypadku zgrzewania punktowego arkuszy ze stali miękkiej o grubości 1,0 mm. Rysunek 3a przedstawia symulowaną krzywą narastania zgrzeiny wraz ze średnicą jądra zgrzewania w funkcji prądu zgrzewania. Można zauważyć, iż jądro zgrzeiny zaczyna tworzyć się z chwilą uzyskania określonej wartości przez prąd zgrzewania oraz powiększa się wraz z rosnącą wartością prądu zgrzewania. Czarne (kwadratowe) punkty oznaczają brak zgrzeiny lub jej niedostateczną wielkość. Czerwone (trójkątne) punkty oznaczają rozpryski. Zielone (okrągłe) punkty pośrodku oznaczają prawidłowe zgrzeiny oraz wskazują okno parametrów procesu zgrzewania z zakresem roboczym prądu zgrzewania. Rysunek 3b przedstawia pole (zakres) zgrzewalności z natężeniem prądu oraz siłą docisku elektrody jako parametrami zmiennymi przy stałym czasie zgrzewania. Czarne (kwadratowe) punkty oznaczają brak zgrzeiny lub jej niedostateczną wielkość. Czerwone (trójkątne) punkty oznaczają rozpryski. Zielone (okrągłe) punkty oznaczają prawidłowe zgrzeiny oraz wskazują okno parametrów procesu zgrzewania.

6



Rys. 3. Optymalizacja procesu dzięki systemowi SORPAS®: (a) krzywe narastania zgrzeiny oraz zakres prądu zgrzewania;

(b) zakres zgrzewalności oraz okno parametrów procesu zgrzewania.

a)

b)


7


4. zautomatyzowany zakres parametrów zgrzewania w procesach zgrzewania punktowego stali oraz aluminium

Oprócz możliwości wyznaczania okna parametrów procesu zgrzewania oraz optyma-lizacji procesów, ważną z punktu widzenia przemysłu jest możliwość definiowania wyma-gań zakresu parametrów zgrzewania w oparciu o optymalne parametry procesu zgrzewa-nia. Nowa funkcja (Zakres Parametrów Zgrzewania - Weld Planning) została opracowana na podstawie procedur optymalizacji w celu umożliwienia doboru optymalnych parame-trów zgrzewania tj. prądu, siły docisku elektrody oraz czasu zgrzewania dla konkretnego zadania. Nowa, 12 wersja SORPAS® 2D proponuje wiele udogodnień ułatwiających planowanie zadań związanych ze zgrzewaniem punktowym stali oraz stopów aluminium.

Rysunek 4a przedstawia graficzny interfejs użytkownika funkcji Zakres Parametrów Zgrzewania (Weld Planning) umożliwiający przygotowanie Opisu Zadania (Weld Task Description - WTD) uwzględniającego informacje dotyczące blach, elektrod oraz urządzeń zgrzewalniczych. Specjalnie opracowany algorytm umożliwia automatyczną analizę połączeń materiałowych i grubości blach, pozwala wyznaczyć siłę docisku elektrody oraz czas zgrzewania i, w rezultacie, uzyskać okno najkorzystniejszych parametrów procesu zgrzewania, takich jak prąd zgrzewania, siła docisku elektrod oraz czas zgrzewania. Rysunek 4b przedstawia Raport Zakresu Parametrów Zgrzewania (Weld Planning Report) z danymi wejściowymi potrzebnymi do Opisu Zadania; graficzną prezentację najkorzystniejszych parametrów procesu zgrzewania; Specyfikację Zakresu Parametrów Zgrzewania (Weld Schedule Specifications - WSS) obejmującą najkorzystniejszy prąd zgrzewania, siłę docisku elektrod, czas zgrzewania oraz czas wytrzymania wraz z oknem parametrów procesu zgrzewania, jak również rezultaty zgrzewania uzyskane na podstawie optymalnych parametrów procesu zgrzewania.

Na podstawie symulowanych optymalnych parametrów procesu zgrzewania użyt-kownik może szybko wyznaczyć początkowe parametry procesu zgrzewania.

8



Rys. 4. Zakres Parametrów Zgrzewania umożliwiający uzyskanie optymalnych parametrów procesu zgrzewania. (a) Opis Zadania (Weld Task Description) pozwalający na zdefiniowanie blach, elektrod oraz urządzeń.

(b) Przewidywane optymalne parametry procesu, okno oraz rezultaty procesu zgrzewania.

a)

b)


9


5. właściwości zgrzeiny po zgrzewaniu

System SORPAS® oblicza właściwości zgrzeiny pod kątem mikrostrukturalnych przemian fazowych oraz rozkładu twardości dla typowych gatunków stali stosowanych w przemyśle samochodowym. Ponadto, system SORPAS® 3D umożliwia symulowanie badań wytrzymałości na podstawie przewidywanego rozkładu twardości pozwalając tym samym przewidzieć wytrzymałość zgrzeiny podlegającej określonemu obciążeniu.

Podczas nagrzewania, obliczenia dotyczące austenityzacji oparte są na tempera-turze Ac1 oraz Ac3, niezależnie od szybkości nagrzewania. Zakłada się, iż do pełnej austenityzacji dochodzi w momencie, kiedy maksymalna temperatura procesu jest wyższa aniżeli temperatura Ac3, natomiast do austenityzacji nie dochodzi, kiedy maksymalna temperatura procesu jest niższa niż temperatura Ac1. Interpolacja liniowa jest stosowana pomiędzy temperaturą Ac1 oraz Ac3. Przemiana austenityczna pod wpływem następu-jącego po nagrzewaniu chłodzenia jest oparta na krytycznych szybkościach chłodzenia prezentowanych na wykresach CTP dla ciągłego chłodzenia. Zgodnie ze wzorami przed-stawionymi przez Blondeau i in. [12], krytyczne szybkości chłodzenia prowadzące do powstania martenzytu, bainitu oraz ferrytu/perlitu są wyznaczane na podstawie składu chemicznego. Maynier i inni [13] przytacza wzory na twardość każdej fazy w zależności od składu chemicznego. Wartość twardości całkowitej ustala się na podstawie twardości poszczególnych faz, traktowanych w tym przypadku jako twardości wyjściowe.

Rysunek 5a przedstawia przykład przewidywanego rozkładu twardości dla zgrze-wanego punktowo złącza dwóch arkuszy blach, każdy o grubości 1mm. Górny arkusz jest wykonany z niskowęglowej stali głębokotłocznej w gat. DC06, natomiast dolny ar-kusz jest wykonany z dwufazowej stali wysokowytrzymałej DP600. Rysunek przedstawia twardość materiału podstawowego wokół jądra, twardość będącą wynikiem procesu au-stenityzacji oraz powstanie kolejnych faz w jądrze zgrzeiny oraz w strefie wpływu ciepła (SWC) podczas chłodzenia. SWC ujawnia różnicę pomiędzy arkuszami. W stali DP600 powstała duża ilość martenzytu, co skutkuje wzrostem twardości, podczas gdy SWC stali DC06 niemal nie zawiera martenzytu, dzięki czemu twardość pozostała na niezmienionym poziomie. W jądrze, w którym w wyniku mieszania, powstają fazy o mieszanym składzie chemicznym, dochodzi do utworzenia pewnej ilości martenzytu oraz wzrostu twardości w porównaniu do twardości charakteryzującej obydwa materiały podstawowe.

Rysunek 5b przedstawia przykładowe badanie wytrzymałości na rozciąganie poprzeczne [14]. Symulacja przedstawia miejsce uszkodzenia poza jądrem zgrzeiny, co jest zgodne z zaobserwowanym w trakcie badania eksperymentalnego zniszczeniem (plug failure). W bibliografii podano informacje dotyczące krzywych obciążenia-wydłużenia dla badań wytrzymałości na ścinanie przy rozciąganiu, wytrzymałości na rozciąganie poprzeczne oraz wytrzymałości na odrywanie. Dalsze szczegółowe informacje dotyczące zmian o charakterze metalurgicznym, przewidywania twardości oraz uszkodzeń podane są w innych publikacjach [15].

10



Rys. 5. Symulacja (a) rozkładu twardości wg metody Vickersa w punktowo zgrzewanym złączu różnoimiennym DC06-DP600,

oraz (b) badania wytrzymałości na rozciąganie poprzecze dwóch arkuszy ze stali DP600 [14]. Symulacja wskazuje miejsce uszkodzenia zgodne z zaobserwowanym eksperymentalnie pełnym zerwaniem

(plug failure).

6. symulacja 3D nowego materiału warstwowego

Nowym zastosowaniem symulacji trójwymiarowej systemu SORPAS® 3D jest zgrzewanie punktowe lekkich materiałów warstwowych np. LITECOR® (informacje na temat materiału warstwowego LITECOR® patrz [16-17]). Rysunek 6 przedstawia dwa arkusze ze stali DC06 zgrzane punktowo do środkowej warstwy wykonanej z LITECOR®, gdzie, w porównaniu do „konwencjonalnego” zgrzewania punktowego zastosowano dodatkowy element bocznikujący (shunt tool). W początkowej fazie procesu prąd płynie zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 7a tj. przez zewnętrzne arkusze oraz bocznik bez przechodzenia przez strefę zgrzewania. Przepływ prądu powoduje rozgrzanie i zmiękczenie warstwy polimeru w LITECOR®, co w połączeniu z zastosowanym naciskiem elektrody prowadzi do wyciśnięcia polimeru w strefie zgrzewania, uzyskaniu kontaktu przez elementy metalowe oraz przepływie prądu zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 7b. Prąd przepływający przez cztery warstwy metalu powoduje powstanie zgrzewanego punktowo złącza łączącego trzy warstwy.

1mm DC06

1mm DP600

a) b)


11


Rys. 6. Schemat zgrzewania punktowego materiału LITECOR® umieszczonego pomiędzy dwoma arkuszami ze stali głębokotłocznej DC06

- zastosowanie elementu bocznikowego umożliwia przepływ prądu przed stykiem metal-metal w pozycji zgrzewania.

Rys. 7: Przepływ prądu (a) podczas wstępnego nagrzewania oraz wyciskanie polimeru w celu uzyskania styku metal-metal oraz (b) w trakcie zasadniczej fazy zgrzewania.

Sagüés Tanco i in. [18] przedstawił eksperymenty oraz symulacje wykorzystujące system SORPAS® 3D w przypadkach przedstawionych na rysunkach 6 oraz 7. Niektó-re z rezultatów przedstawiono poniżej. Symulowana gęstość prądu przed wyciśnięciem polimeru (odpowiadająca rysunkowi 7a) jest przedstawiona na rysunku 8a jako obraz uzyskany w określonym (wybranym) czasie. Można zaobserwować prąd przepływający przez stalowe arkusze zewnętrzne oraz element bocznikujący bez przechodzenia przez warstwę polimeru materiału warstwowego LITECOR®. Rysunek 8b przedstawia gęstość prądu w określonym momencie po wyciśnięciu polimeru, co pozwoliło na przepływ prądu przez określony punkt w celu utworzenia zgrzeiny. Część prądu w dalszym ciągu przepły-wa przez element bocznikujący. Rysunek 9a przedstawia przykładowe symulowane jądro zgrzeiny porównane z jądrem uzyskanym eksperymentalnie przedstawionym na rysunku 9b. Wielkość jądra mierzona na styku pomiędzy arkuszem ze stali DC06 a warstwo BH220

12



materiału warstwowego wynosi 5,05mm, co w znacznej mierze pokrywa się z wynoszącą 5,11mm wielkością jądra zmierzoną podczas eksperymentu. Informacje na temat dalszych porównań obejmujących cały garb zgrzewalności są dostępne w [18].

A/mm2

1400

0

140

280

420

560

700

840

980

1120

1260

2mm

a) b)

Rys. 8. Symulowane gęstości prądu [18] odpowiadające schematycznemu przepływowi prądu przedstawionemu na (a) Rys. 7a oraz (b) Rys. 7b.

a) b)

Rys. 9. Końcowe jądro zgrzeiny [18] (a) symulacja; (b) przekrój poprzeczny uzyskany eksperymentalnie.

8. wnioski

Numeryczne symulacje zgrzewania rezystancyjnego stosowane są w przemyśle w celu oceny zgrzewalności nowych materiałów oraz optymalizacji parametrów procesu zgrzewania. System obejmuje dwie automatyczne procedury umożlwiające optymalizację parametrów procesu zgrzewania na podstawie krzywych narastania zgrzeiny oraz zakresu zgrzewalności. Nowa funkcja Zakres Parametrów Zgrzewania (Weld Planning) umożliwia wyznaczenie najkorzystniejszych parametrów procesu zgrzewania.

Najnowsze osiągnięcia w zakresie symulacji 3D umożliwiają symulowanie bar-dziej złożonych procesów, podczas gdy symulacje dwuwymiarowe są bardziej przydatne w optymalizacji procesów zgrzewania punktowego oraz prostych przypadków związanych ze zgrzewaniem garbowym.


13


9. literatura

[1] W. Zhang, H. Hallberg and N. Bay. Finite Element Modeling of Spot Welding Similar and Dissimilar Metals. 7th Int. Conf. on Computer Technology in Welding, San Francisco, USA, p.364-373. 1997.

[2] W. Zhang and L. Kristensen. Finite Element Modeling of Resistance Spot and Projection Welding Processes. The 9th Int. Conf. on Computer Technology in Welding, Detroit, Michigan, p.15-23. 1999.

[3] W. Zhang. Design and Implementation of Software for Resistance Welding Process Simulations. SAE 2003 Transactions: Journal of Materials and Manufacturing, Vol.112, No.5, p.556-564. 2003.

[4] A. Harthoej and K.R. Pedersen. Analysis and Modeling of Microstructure and Hardness in Resistance Welding of Steels. B.Sc.-Thesis. Technical University of Denmark. 2008.

[5] C.V. Nielsen, K.S. Friis, W. Zhang, and N. Bay. Three-Sheet Spot Welding of Advanced High-Strength Steels. Welding Journal Research Supplement, Vol. 90 (2), p.32s-40s. 2011.

[6] W. Zhang, A. Chergui and C.V. Nielsen. Process Simulation of Resistance Weld Bonding and Automotive Light-weight Materials. Proceedings of the 7th International Seminar on Advances in Resistance Welding. Busan, Korea, p.67-75. 2012.

[7] C.V. Nielsen, A. Chergui and W. Zhang: Single-sided sheet-to-tube spot welding investigated by 3D numerical simulations. Proceedings of the 7th International Seminar on Advances in Resistance Welding. Busan, Korea, p.147-158. 2012.

[8] C.V. Nielsen, W. Zhang, L.M. Alves, N. Bay, P.A.F. Martins: Modeling of Thermo-Electro-Mechanical Manufacturing Processes with Applications in Metal Forming and Resistance Welding. Published by Springer. 2013.

[9] C. V. Nielsen, W. Zhang, W. Perret, P.A.F. Martins, N. Bay. Three-dimensional simulations of resistance spot welding. Proceedings of the IMechE Part D: Journal of Automobile Engineering Vol. 229, No. 7, p.885–897. 2015.

[10] C.V. Nielsen, W. Zhang, P.A.F. Martins, N. Bay. 3D numerical simulation of projection welding of square nuts to sheets. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 215, p.171-180. 2015.

[11] Information on http://www.swantec.com.[12] R. Blondeau, P. Maynier, J. Dollet, B. Vieillard-Baron. Prévision de la dureté, de

la résistance et de la limite d’elasticité des aciers au carbone et faiblement alliés d’après leur composition et leur traitement thermique. Mémoires Scientifiques Revue Métallurgie p.759-769. 1975.

14



[13] P. Maynier, B. Jungmann, J. Dollet. Creusot-Loire system for the prediction of the mechanical properties of low alloy steel products. Hardenability Concepts with Applications to Steels. The Metallurgical Society of AIME Heat Treat-ment Committee / American Society for Metals Activity on Phase Transforma-tions p.518-545. 1978.

[14] C.V. Nielsen, R.A.K. Bennedbæk, M.B. Larsen, N. Bay, A. Chergui, W. Zhang, P.A.F. Martins. Experimental and Simulated Strength of Spot Welds. The 8th International Seminar on Advances in Resistance Welding, Baveno, Italy p.161-172. 2014.

[15] C.V. Nielsen, P.A.F. Martins, W. Zhang, N. Bay. Numerical methods in simu-lation of resistance welding. VI International Conference on Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering p.322-333. 2015.

[16] O. Hoffmann. Environment oriented light weight design in steel. Ökologischer Leichtbau in Stahl, Hannovermesse Werkstoff-Forum, Hannover, Germany. 2012.

[17] O. Hoffmann. Steel lightweight materials and design for environmentally friendly mobility, Industrial Technologies 2012 integrating nano, materials and production. Aarhus, Denmark. 2012.

[18] J. Sagüés Tanco, C.V. Nielsen, A. Chergui, W. Zhang, N. Bay. Weld nugget formation in resistance spot welding of new lightweight sandwich material. International Journal of Advanced Manufacturing (Published online 2015: DOI 10.1007/s00170-015-7108-0).

Documents

Najnowsze osiagniecia w zakresie symulacji i optymalizacji … · Międzynarodowa Norma ISO 14327:2004 zawiera analizy zgrzewalności oraz informacje dotyczące optymalizacji zgrzewania