201不锈钢点焊过程的数值模拟

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1、201不锈钢点焊过程的数值模拟摘要201不锈钢(10r17Mn6Ni5N)具有优良的使用性能和低廉的价格，在生产中得到日益广泛的应用，尤其适用于制造食品生产设备、普通化工设备、铁路车辆等，其制造工艺过程中常采用点焊作为连接手段。目前相关领域多为201与300系列奥氏体不锈钢工艺性能的试验对比研究，对其点焊性能尚未做出深入的探讨。本文在充分吸收和借鉴前人研究成果的基础上，以1．5mm厚的201不锈钢板为研究对象，以数值分析为主要研究手段，在有限元软件ANSYS中引入直接耦合单元，模拟201不锈钢点焊过程的温度场及应力、应变场，分析其焊点形成机理、温度场及

2、应力场分布特点，比较不同点焊规范对熔核尺寸、组织及性能的影响，并通过实验加以验证。首先完成20l不锈钢点焊预压、通电加热、压力维持及休止四个阶段的动态模拟，并综合分析温度场和应力场的分布特点。模拟所得点焊熔核首先在近贴合面部位形成，并于通电结束时在工件内部形成沿贴合面对称的椭圆形熔核。压力维持阶段，熔核凝固结晶，焊接区内的等温线以椭圆形持续收缩，温度梯度逐渐趋于平缓。熔核内部的应力分布特点为：加热时以压应力为主；熔核凝固结晶时，压应力峰值随焊接区温度下降迅速降低，在压力维持阶段最后时刻，熔核内应力转化为拉伸应力；最终，接头残余应力全部为拉应力，并在贴合

3、面塑性环边缘出现较大的应力集中。选用软硬不同的三组规范及一组回火脉冲规范进行模拟，分析点焊参数变化对熔核尺寸及温度场、应力场影响。结果表明所用规范都可以获得满意的熔核尺寸，各种规范下接头的温度场、应力场分布规律相似，以硬规范时接头的温度与应力峰值最高，回火脉冲可以有效降低接头残余应力。采用模拟时的工艺参数分别进行点焊实验，测定焊点尺寸，分析焊接区显微组织及显微硬度，并对接头进行拉剪试验。实验结果表明，201不锈钢点焊性能良好，具有较宽的规范参数选择范围，其中以电流双脉冲规范下的接头质量最好。对比模拟与实验所得结果，差异不大，验证了模拟方法的合理性与模拟

4、结果的可靠性。关键词：201不锈钢点焊数值模拟温度场应力场NumericalSimulationofSpotWeldingfor201StainlesssteelABSTRACT201stainlesssteelhasbeenwidelyusedinmanyfieldsbyitsexcellentperformanceandlowprice，especiallyinmakingrailwayvehicles，theequipmentsusedforfoodmanufactureandcommonchemicalequipments，andSOon．At

5、present，theinterrelatedresearcheshavemainlycomparedwith201and300seriesstainlesssteelinprocessingproperty，buthavehadnodiscussionaboutspotweldingperformance．Thepaperfirstlysimulatedthespotweldingprocessof201stainlesssteelwith1．5ramthickness，andthen，analysedtheruleoftemperaturefiel

6、d，stressfield，andthemechanismofsolderjoints，lately,comparedwithnuggetsizes，microstructures，andmechanicalpropertiesindifferentspotweldingconditions，atlast，didexperimentsforthesakeofverifyingsimulation．Accomplishthedynamicsimulationofthepreloading，ohmicheating，pressure—maintained，

7、andtrucialmoment．Theresultdisplayedthatnuggetatfirstformsnearthejointsurfaceinworkpieces，andfinallyformedellipsenuggetintheendtimeofohmicheatingmoment．In3cyc，thenuggetchangedtosolidstate．Isothermreducedwiththeshapeofellipseinpressure-maintainedmomentallthetime．Ontheotherside，wor

8、kpiecesmainlyincompressestessstateinohmicheatin