（车辆工程专业论文）电阻点焊电极热流耦合分析与对流换热特性研究.pdf

摘要 电阻点焊电极热流耦合分析与对流换热特性研究 摘要 电阻点焊电极主要承载着导电、散热、施压三大功能。在电阻点焊过程中， 电极的温度上升的很快，在高温高压作用下，电极很快就会磨损失效。电极磨损 失效的快慢不仅会影响焊接质量的可靠性和健壮性，而且将直接影响到轿车装配 焊接工艺的费用和生产效率。电极对流换热作用是电极散热的重要手段，电极冷 却不佳，将直接导致电极过早磨损，增加生产成本，进而极大影响焊接装配的生 产效率和生产质量。现有的点焊电极研究主要集中在电极材料的改进和替换方 面，很少考虑电极的对流换热作用对电极磨损的影响，部分实验研究表明冷却流 体流速，水冷管管径和水冷管高度是影响电极对流换热作用的主要因素。然而现 有的研究中缺乏对电极对流换热性能的综合认识和评价的数学模型，无法最大限 度的发挥冷却水的换热能力。为此，本文综合考虑电极对流换热的影响因素，开 展基于热流场耦合的电阻点焊电极对流换热特性建模与优化研究，旨在提高电极 对流换热性能和效果，延缓电极磨损失效的速度，降低轿车生产成本。 针对电阻点焊电极对流换热的问题，首先详细的分析电极对流换热的过程和 特性，明确电极换热流体流态和电极散热机理；采用有限元仿真和热流场耦合算 法，分析确定电极对流换热的主要影响因素；引入电极对流换热性能评价指标一 冷却率和排热率的概念，建立面向冷却率的电极对流换热性能评价的响应面模 型；在此基础上，展开电极对流换热结构的改进设计，研究基于遗传算法的多目 标并行优化的求解方法和结论：最后通过实际工艺条件下电阻点焊对流换热案例 分析和优化试验，验证本课题研究方法和结论的有效性。本文的主要研究工作如 下： 1 ) 电阻点焊电极对流换热问题分析 在对电阻点焊工艺及电极水冷却系统结构构成介绍的基础上，将电极对流 换热分为流和热两个过程来展开对问题的分析。着重分析明确电极冷却流体的 流态和特性，剖析电阻点焊工艺的各个阶段电极冷却流体热交换的情况；基于 对电阻点焊过程中热接触、热源和热阻的描述，分析电极传热、散热的途径和 过程，重点研究电极热输入的机理和组成，建立电极热平衡方程。针对电极对 流换热问题，引入冷却率和排热率的概念，建立电极对流换热特性和效果的评 价指标，并对影响电极对流换热性能的具体因素进行了分析和归纳，为后续进 行建模优化和实际案例分析的工作奠定基础。 2 ) 电极对流换热过程仿真 在分析了电极对流换热性能影响因素的基础上，通过对电极热流场的直接 耦合计算，实现电极对流换热过程的一次性求解。借助于编制g a m b i t 和f l u e n t 土查变通大学博士学位论文 的自动求解程序，建立有限元分析环境下电极对流换热过程的数值仿真模型， 并通过大量的计算，研究电极的冷却流体特性和对流换热特性，着重探讨各类 影响因素与电极对流换热效果之间的关系，为后续进行实验建模的工作提供重 要的依据和手段。 3 ) 电极对流换热性能评价建模 在前述分析的基础上，确立以冷却流体流速，水冷管管径和水冷管高度为 设计参数，以电极对流换热性能评价指标为设计目标，建立8 二因子水平实验 点，6 轴点实验点和1 中心实验点的实验设计方案。根据实验回归分析的响应 面法和中心组合实验设计法的基本规则，建立面向冷却率的电极对流换热性能 评价的响应面模型，并引入方差分析和f 检验，验证模型的显著性。通过对响 应面模型的曲面图和等高线图分析，明确电极对流换热性能与设计参数之间的 变化规律。 4 ) 电极对流换热结构改进和参数优化 电极水冷管末端形式和水冷却腔结构形式影响冷却流体的流场分布，导致 冷却壁面处边界层的厚薄不同，进而影响到电极与流体之间的热交换效率。应 用已建立的电极热流场耦合仿真模型和分析方法，研究电极结构形式对电极对 流换热效果的影响关系，确定电极对流换热结构的改进设计方案。根据电极对 流换热问题的实际需求，建立以电极冷却率，生产率和冷却能耗等为指标的多 目标综合优化模型，借助遗传算法并行搜索和概率搜索的优异特点，实现不同 权重下最优匹配变量的并行全局搜索，求得问题最优解。 5 ) 电阻点焊电极对流换热案例分析及实验验证 在实际的电阻点焊工艺条件下，输入到电极的热量是瞬时变化的。根据电 极热输入机理和组成的分析结论，采用理论公式计算的方法获取电极热电接触 参数，并在已有点焊分析模型的基础上，确定和分析电阻点焊电极瞬时热量输 入的大小和规律。应用本文提出的电极热流场耦合的分析方法，研究实际点焊 工艺条件下电极温度特性和对流换热性能，分析结构改进和优化设计方案对实 际电极对流换热的影响和作用。通过分析电极对流换热效果对电极表面状态的 影响，确立电极对流换热实验目标，并根据实验测量数据验证电极对流换热结 构改进和参数优化的结论。 本文在充分吸收和借鉴前人研究成果的基础上，对电阻点焊电极热流耦合方 法和对流换热特性进行了深入的研究和探讨，并具体应用于点焊电极的冷却优化 实例。本文的工作不但对电极的磨损失效研究有重要的意义，而且对电焊机的设 计和电阻焊的实际应用也提供了重要的指导依据。 关键词：电阻点焊，对流换热，热流耦合，结构改进，参数优化 2 s t u d yo nh e a tf l o wc o u p l i n g a n dh e a t c o n v e c t i n go fr e s i s t a n c es p o tw e l d i n g e l e c t r o d e a b s t r a c t s p o tw e l d i n ge l e c t r o d et a k e st h r e ef u n c t i o n so fc o n d u c t i n gc u r r e n t ，d i s s i p a t i n g h e a ta n da p p l y i n gp r e s s u r e d u r i n gt h ep r o c e s so fs p o tw e l d i n g ，t h et e m p e r a t u r eo f e l e c t r o d er i s e sr a p i d l y u n d e rh i g h t e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e ，s p o tw e l d i n ge l e c t r o d e w i l lq u i c k l yb ew e a ra n db r o k e nd o w n t h i sf a i l u r ep r o c e s so fe l e c t r o d ew i l ln o to n l y r e d u c et h er e l i a b i l i t ya n dr o b u s t yo fw e l dq u a l i t y ，b u ta l s od i r e c t l yi n f l u e n c e st h ec o s t a n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c yo f a u t o m o b i l ew e l d i n ga n da s s e m b l y h e a tc o n v e c t i o ni st h e m a i np r o c e s so fh e a td i s s i p a t i o ni ne l e c t r o d e b a dc o o l i n gc o n d i t i o no ne l e c t r o d ew i l l c a u s et h ep r e m a t u r ew e a ra n dt h ei n c r e a s eo fp r o d u c t i o nc o s t f u r t h e r m o r e ，t h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fw e l d i n ga s s e m b l yw i l lb ei n f l u e n c e dg r e a t l y t h e e x i s t i n gr e s e a r c h e so fs p o tw e l d i n ge l e c t r o d ea r ea l lf o c u s e do ni m p r o v i n ga n d r e p l a c i n go fe l e c t r o d em a t e r i a lw i t h o u tt h i n k i n ga b o u tt h er e s u l to fh e a tc o n v e c t i o ni n e l e c t r o d e a l s o ，t h e r ei sa b s e n to fm a t h e m a t i cm o d e lo np e r f o r m a n c ee v a l u a t i o nt o e l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n i ti si n c a p a b l et om a k ef u l lu s eo ft h eh e a te x c h a n g e p o t e n c yo fe l e c t r o d ec o o l i n g t h e r e f o r e ，s t u d yo nm o d e l i n ga n do p t i m i z i n go fh e a t c o n v e c t i o nf o rs p o tw e l d i n ge l e c t r o d eb a s e do nh e a ta n df l o wc o u p l i n ga n a l y s i sa r e p e r f o r m e dd e t a i l e d l ya n ds y s t e m a t i c a l l y t h ea i mi st oi m p r o v i n gt h ep e r f o r m a n c ea n d e f f e c t i o no fh e a tc o n v e c t i o n ，r e d u c i n gt h es p e e do fe l e c t r o d ew e a ra n dd e c r e a s i n gt h e p r o d u c t i o nc o s t a i m i n ga tt h ep r o b l e mo fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n ，a n a l y s i sa b o u tt h ep r o c e s s a n dc h a r a c t e r i s t i co fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o na r ee x e c u t e di nd e t a i l sf i r s t l y t h ef l o w p a t t e r no fc o o l i n gw a t e ri sc a l c u l a t e do u ta n dt h em e c h a n i s mo fh e a td i s s i p a t i n gi s d e t e r m i n e d b yu s i n gf i n i t ee l e m e n tm e t h o da n dh e a ta n df l o wc o u p l i n gm e t h o d ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r sa n dt h eh e a tc o n v e c t i o np e r f o r m a n c ei s c o n f i r m e d a c c o r d i n gt ot h ec o n c e p to fc o o l i n gr a t ea n dh e a tr e m o v a lr a t ew h i c ha r e t h ee v a l u a t i n gi n d i c a t o r sf o re l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n ，r e s p o n s es u r f a c em o d e li sb u i l t t oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n b a s e do nt h ea b o v e ， i m p r o v i n gd e s i g no f e l e c t r o d es t r u c t u r ei si m p l e m e n t e df o rb e t t e rp e r f o r m a n c eo fh e a t c o n v e c t i o na n dg ai su t i l i z e dt os t u d yt h em u l t i p l e o b j e c to p t i m a lm e t h o da n dr e s u l t f o re l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n f i n a l l y , t h ev a l i d i t yo ft h em e t h o da n dt h ec o n c l u s i o n s 上海交通大学博上学位论文 i sd o n eb yt h ec a s ea n de x p e r i m e n ta n a l y s i so fh e a tc o n v e c t i o nf o rs p o tw e l d i n g e l e c t r o d eu n d e ra c t u a l t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s t o f u l f i l lt h ea b o v er e s e a r c h o b j e c t i v e s ，t h ef o l l o w i n gf i v ea s p e c t so fe f f o r t sa r ep e r f o r m e d ： 1 h e a tc o n v e c t i o na n a l y s i so fs p o tw e l d i n ge l e c t r o d e b a s e do nt h ei n t r o d u c t i o no fs p o tw e l d i n gp r o c e s sa n dt h ec o m p o s i t i o no f c o o l i n gs y s t e m ，t h ep r o b l e mo fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o ni ss e p a r a t e di n t ot w o p r o c e d u r e so fh e a ta n df l o wf o ra n a l y s i s f l o wp a r e ma n dp e r f o r m a n c eo fc o o l i n g w a t e ra r ed e t e r m i n e da n dt h eh e a te x c h a n g eo fc o o l i n gw a t e ri ne a c hp h a s eo fs p o t w e l d i n gi sd i s s e c t e d b a s e do nt h ed e s c r i p t i o no fh e a ts o u r c ea n dh e a tc o n t a c t ，t h e p a t ha n dp r o c e s so fh e a tc o n d u c t i n g ，d i s s i p a t i n gi sa n a l y z e da n dt h ee m p h a s i si so n t h em e c h a n i s ma n dc o m p o s i t i o no fe l e c t r o d eh e a ti n p u t t i n g i ns u c c e s s i o n ，h e a t b a l a n c ee q u a t i o ni se s t a b l i s h e df o re l e c t r o d e f o rc o n v e n i e n c e ，t h ec o n c e p t i o n so fh e a t c o o l i n gr a t e a n dh e a tr e m o v a lr a t ea r el e a di nt oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c ea n d e f f e c t i o no fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n a tl a s t ，a n a l y s i so nt h ei n f l u e n c ef a c t o r so f e l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o ni sd o n ea sab a s ef o rt h ec o n t i n u e dw o r k s 2 s i m u l a t i o no ft h ep r o c e s so fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n a c c o r d i n gt o t h ea n a l y s i so fi n f l u e n c i n gf a c t o r s ，o n e t i m es o l u t i o nf o rt 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r e n c er e s e a r c h ，f l o wv e l o c i t y , p i p e d i a m e t e ra n dp i p eh e i g h ta r es e l e c t e dt ob ed e f i n e da st h ed e s i g np a r a m e t e r sa n d p e r f o r m a n c ee v a l u a t i n gi n d i c a t o r so fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o na r ed e f i n e da st h e d e s i g no b j e c t a tt h es a m et i m e ，t e s td e s i g ns c h e m ew i t h8t w ol e v e lf a c t o r st e s tp o i n t s ， 6a x i a lt e s tp o i n t sa n d1c e n t e rt e s tp o i n ti sc a r r i e do u t a c c o r d i n gt ot h eb a s i cr u l e so f r e s p o n s es u r f a c em e t h o da n d c e n t e ru t i l i z e dd e s i g nm e t h o d ，r e s p o n s es u r f a c em o d e l f o rp e r f o r m a n c ee v a l u a t i n go fe l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o ni sb u i l t l e a d i n gi nt h e v a r i a n c ea n a l y s i sa n dft e s t , v a l i d a t i o no fm o d e ls i g n i f i c a n c ei sd o n e b ya n a l y s i so n t h es u r f a c ed r a w i n ga n 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o no fh e a ti n p u r i n g ，t h eh e a ta n de l e c t r i c c o n t a c tp a r a m e t e r sa r eg a i n e db yt h e o r yc a l c u l a t i o na n db a s e do nt h ee x i s ts p o t w e l d i n gm o d e l ，t h em a g n i t u d ea n dr u l eo fh e a ti n p u t t i n ga r ed i s t i n c t a p p l i e dt h e c o u p l i n gm e t h o do fh e a ta n df l o wf i e l d s ，s t u d yo nt h ep e r f o r m a n c eo fe l e c t r o d e t e m p e r a t u r ea n dh e a tc o n v e c t i o nu n d e ra c t u a ls p o tw e l d i n gc o n d i t i o n sa r ec a r r i e do u t a l s o ，t h es c h e m e so fs t r u c t u r ei m p r o v e m e n ta n do p t i m a ld e s i g na r ea n a l y z e du n d e r t h es p o tw e l d i n gt e c h n i c a lp r o c e s s a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ne l e c t r o d ew e a ra n de l e c t r o d eh e a tc o n v e c t i o n ，t h ee x p e r i m e n ts c h e m ei s d e t e r m i n e da n dt h ev a l i d a t i o no ft h es t r u c t u r e i m p r o v e m e n t a n d p a r a m e t e r s o p t i m i z a t i o ns c h e m eb yt e s td a t ai sa c c o m p l i s h e d i nt h i ss t u d y , b ya b s o r b i n ga n dr e f e r r i n gt h ee x i s ta c h i e v e m e n t s ，t h ec o u p l i n g m e t h o do fh e a ta n df l o wf i e l d sa n dt h ep e r f o r m a n c eo fh e a tc o n v e c t i o nf o r s p o t w e l d i n ge l e c t r o d ea r er e s e a r c h e da n da n a l y z e d f u r t h e r m o r e ，t h es t u d yr e s u l t sa r e a p p l i e dt ot h ea c t u a le l e c t r o d ec o o l i n gc a s e t h ew o r k sa r en o to n l yb e n e f i tt ot h el i f e r e s e a r c ho fe l e c t r o d e ，b u ta l s ot ot h ed e s i g na n da p p l i c a t i o no fw e l d i n gm a c h i n e p r a c t i c a l l y k e yw o r d s ：r e s i s t a n c es p o tw e l d i n g ，h e a tc o n v e c t i o n ，h e a ta n df l o wc o u p l i n g ， s t r u c t u r ei m p r o v e m e n t ，p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n 3 主要符号说明 一 q w 热量 k w m k 工件热传导率 彳 & k r 胁2 k w ( m 2 k ) 对流换热面积 对流换热温差 对流换热系数 流体雷诺数 m s 流体流速 聊 流体管径 姆m 3 流体密度 堙s 朋 流体动力粘度 m 2 s 流体运动粘度 一 流体普兰特数 w ( m k ) 流体热传导系数 一 计算常数 一 流体努赛尔数 聊 流体水力直径 一 热辐射系数 矽m 2 k 4 誓妻芬一玻尔兹曼 3 3 彳 q s 焦耳热 ，堙s 散入电极的焦耳热 qj k g k 焊接电流 乙o ) 、乇( k 工件电极接触电阻 以 焊接时间 瓦 传导热 接触热传导率 名义接触面积 接触面电极温度 接触面工件温度 热焓量 电极输入热 电极体积热 损耗热 电极密度 电极比热 电极体积 热交换率 电极外表面面积 电极对流换热面积 瞬时排热率 冷却水出水口、入 水口流量 冷却水比热 瞬时出水口、入水 口平均温度 冷却率 k 参考温度 屯w ( m k ) 电极热传导率 k k 电极最高温度 h 聊肌 水冷管高度d 聊聊 水冷管直径 一一一 i v k 3 k ， 舻 私 k k ， ， ， ， m 培 矿 一 舻 舻 肌 。q ， ， 肺 私k k ， ， ， ， 枷恤矿 一 舻 舻胁 q吃4巧e 以厶缉 以c 圪渺4 4 g v d p d 丹 五 厂 m d 占 j 以 柳 聃， 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： e t 期：年，月扩日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使兵j 学位论文的规定，同意学校保留并网国冢 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交 通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密曰。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：善缓磐 指导教师签名： 侏芙栓 日期：声矿p 年，月。，日 日期：p 神踔月0 厂e t 第一章绪论 1 1 课题的研究背景、意义及来源 1 1 1 研究背景 自1 8 7 7 年e l i h ut h o m s o n 发明电阻焊原理以来，电阻点焊技术便因其效率 高、成本低等优点广泛应用于大批量薄板结构的焊接装配。尤其在汽车制造工业， 一个典型的轿车车身大概由3 0 0 4 0 0 个薄板件经4 0 0 0 - 一6 0 0 0 个焊点装配而成 【1 】【2 】【3 1 ，电阻点焊接头质量的好坏，直接决定了轿车使用的可靠性和安全性，同 时对轿车车身焊接装配偏差也具有非常重要的影州4 】【5 】【6 】【7 】【8 】【9 】【1 0 】【1 1 】【1 2 】【13 1 。因而从 轿车车身的设计阶段，到车身的制造阶段，电阻点焊的可焊性和焊接工艺的健壮 性都是研究者关注的焦点。随着金属工业的发展和进步，具有更好特性的新金属 材料和镀层金属材料在汽车工业中得到越来越广泛的应用。新材料的应用使电阻 点焊的可焊性问题发生了很大的变化，同时也对轿车装配焊接提出了新的挑战， 装配焊接时电极的磨损问题渐渐成为了研究的热点【1 4 】1 1 5 】【16 】【1 7 】。 在轿车生产过程中，电极磨损是一个长久以来都存在的问题。由于电极磨损 会降低焊接质量的可靠性和强壮性，所以这将直接影响到轿车装配焊接工艺的费 用和生产率。电极是电阻点焊中的易耗零件，在电阻点焊过程中，电极的主要功 能是传输电流、施加压了和散失热量。由于电极自身具有一定的电阻，也会发热， 而且电极还与温度较高的工件接触，所以电极的温度很快会达到5 0 0 - - 一5 5 0 的 高温，在焊接镀层钢板或合金钢板时会更高，将超过6 0 0 ，这将使电极在高温 及压力作用下很快失效i 】引。 电极磨损失效的最直接表现就是电极直径增长。在焊接时，电极直径增长过 快、过大，是不利的。增长过快，造成修正电极的辅助时间多，工人劳动强度大， 电极材料消耗多；增长过大，由于焊接电流密度减小，单位体积中焊接热量减小， 焊点熔透性差，熔核尺寸减小，甚至无熔核形成，产生开焊和焊不透现象，焊接 强度显著减小，所以，除了点焊规范、电气系统、冷却水循环系统、工件表面质 量及人为操作等因素外，影响点焊质量和生产效率的主要原因是电极材料和电极 的结构设计两大因素。归结到一点，电阻点焊电极问题就是如何防止和减少电极 直径的增长、使电极直径尺寸的保持性良好【1 9 】，因而点焊电极失效的判断标准是 以焊点的直径下降到规定的值时电极就失效了，这个直径就是4 f f 2 m m ( 其中t 为焊件的厚度) 【z 。 为此，从6 0 年代开始，人们就开始采用各种方法和手段来研究和提高点焊 篁壁窒亟盔学博士学位论文 电极的使用效率，延长电极使用寿命，但迄今为止，关于电阻点焊电极的研究在 以下几方面仍然存在不足。 1 ) 电阻点焊电极对流换热的特性和效果研究。世界各国的研究者对电极磨 损问题进行了大量的试验研究，但是很少有人考虑电阻点焊电极对流换 热的特性和效果以及电极对流换热对电极磨损的影响。因此，在电极对 流换热过程中，冷却水的流体特性和换热效果，以及电极水冷参数对电 极对流换热性能的影响规律仍然不清楚。 2 ) 电阻点焊电极对流换热性能评价模型研究。以往的研究者对电极水冷却 问题的研究只是定性的考虑电阻点焊电极水冷参数对电极寿命的影响， 缺乏系统和综合性的评价。因此，对电阻点焊电极对流换热性能的评价 模型还有待于进一步深入。 3 ) 电阻点焊电极对流换热性能优化研究。近年来，各国的研究者对电阻点 焊电极磨损和寿命的研究主要是集中在电极材料的改善和更新方面，而 从电极结构改进、水冷参数优化方面来提高电极对流换热性能，降低电 极温度，延长电极寿命的研究还很少。因此，对电极对流换热结构的改 进和电极对流换热性能的综合优化还有待于进一步研究。 本课题就是在这样的背景下开始的，希望通过对电极对流换热问题的全面分 析，结合数值模拟和试验研究，优化电极对流换热的几何结构和物理参数，来达 到改善电极对流换热效果，延缓电极磨损，提高点焊效率的研究目的。 1 1 2 课题目的及意义 本课题在充分吸收国内外研究成果的基础上，针对前人研究的不足之处，结 合有限元仿真和试验回归计算两种手段，对电极冷却水流体特性和对流换热性能 进行详尽的分析和讨论，旨在揭示电极对流换热原理和特点，分析电极冷却流体 特性和换热特性，进而探讨各影响因素对电极对流换热效果的影响规律，并结合 电极热场、流场的耦合分析，建立电极对流换热性能评价的响应面模型，最后从 几何结构和冷却参数两方面入手对电极水冷却系统进行改进和优化，从而达到降 低电极温度，延缓电极磨损的目的。因此，本研究具有重要的理论研究价值和工 程实践意义。 1 1 3 课题来源 本课题主要得到了以下项目支持： 1 ) “国家自然科学基金”点焊熔核形成过程仿真与伺服焊枪点焊质量实时控 制( 编号：5 0 5 7 5 1 4 0 ) 2 ) “教育部博士点基金项目”基于电极压力曲线的点焊熔核质量预测与实时 控制( 编号：2 0 0 5 0 2 4 8 0 2 8 ) 3 ) “美国通用卫星实验室资助项日”r e s e a r c ho no n - l i n ew e l dq u a l i t y i n s p e c t i o nf o rr e s i s t a n c es p o tw e l d i n gu s i n gs e r v og u n 4 ) “上海通用汽车公司合作研究项目”s g m 某车型车门凸焊焊接变形数值 分析及工艺优化 1 2 电阻点焊电极研究现状 电阻点焊是通过对焊接区腌加一定的压力并在电阻热作用下使金属熔化从 而达到连接目的的一种焊接方法。它由预压、通电加热、保持、停止等阶段组成。 如图l l 所示，点焊电极在点焊1 = 艺过程中主要承载三个方面的功能： e l e c t r i ：c o o l i n g w a r e se l e c t r i c f i gi - is k e t c ho f e l e c t r i cr e s i s t a n c es p o t w e l d i n g 围1 1 电m 捍示意毋 1 ) 导电：电极材科一般是采用导电性能很好的铜绒铜合金材料，因为在焊 接中，大量的焊接电流需要通过电极传导至被焊工件，利用工件接触面的接触电 阻产生焦耳热形成焊核达到连接的目的，所阻电极材料一般是采用导电性能 很好的铜或铜合金材料； 2 ) 施压：在焊接中，需要给披焊工件施加一定的