Selected aspects of the FEM-based numerical modelling of current propagation in the resistance multispot cruciform welding of bars

• Autorzy: Stępień Mariusz , Mikno Zygmunt

Identyfikatory

DOI

10.17729/ebis.2021.4/1

Warianty tytułu

PL

Wybrane aspekty modelowania numerycznego MES rozpływu prądu podczas zgrzewania rezystancyjnego wielopunktowego na przykładzie prętów zgrzewanych na krzyż

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents selected aspects of the FEM-based analysis concerning resistance welding processes performed using multispot welding systems. The analysis was based on a three-spot welding machine used for the joining bars in the cruciform configuration. Both two and three-dimensional modelling was performed as the comparative analysis of two computing software packages, i.e. the commercial ANSYS Mechanical software package and the ARTAP software package, available on an open access basis. The research work involved the determination of current propagation in various welding process configurations as well as the identification of the percentage loss of welding current and power resulting from the bridging of current by neighbouring welds. The article discusses the effect of the method of the power supply and the earthing of the system of electrodes along with the welded material on the manner of current propagation. The analyses presented in the article were performed in relation to the DC power supply (inverter welding machine). Related calculations were performed using averaged (in terms of heat and resistance) material parameters.

PL

W artykule przedstawiono wybrane aspekty analizy numerycznej MES problematyki zgrzewania rezystancyjnego w układach wielopunktowych. Analizę przeprowadzono na bazie zespołu trójpunktowej zgrzewarki prętów w konfiguracji na krzyż. Modelowanie numeryczne, przeprowadzone zarówno w 2D, jak i 3D, wykonano jako analizę porównawczą między dwoma pakietami obliczeniowymi – komercyjnym pakietem ANSYS Mechanical oraz ogólnodostępnym pakietem ARTAP. Wyznaczono rozpływy prądów w różnych konfiguracjach procesu zgrzewania oraz określono procentowy spadek prądu i mocy zgrzewania wynikający z procesu mostkowania prądu przez sąsiednie zgrzeiny. Wskazano wpływ sposobu zasilania i uziemienia zespołu elektrod wraz z materiałem zgrzewanym na sposób rozpływu prądu. Przedstawione w artykule analizy wykonano dla zasilania prądem stałym (zgrzewarka inwertorowa), a do obliczeń przyjęto, uśrednione pod względem cieplnym i rezystancyjnym, parametry materiałowe.

Słowa kluczowe

EN

resistance welding; multispot welding machine; welding current; numerical modelling

PL

zgrzewanie rezystancyjne; zgrzewarka wielopunktowa; prąd spawania; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 65, No. 4
• Strony: 7--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stępień Mariusz

• Silesian University of Technology; Faculty of Electrical Engineering

autor

Mikno Zygmunt

• Łukasiewicz Research Network – Instytut Spawalnictwa

Bibliografia

• [1] Ambroziak A., Korzeniowski M.: Using Resistance Spot Welding for Joining Aluminium Elements in Automotive Industry. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2010, vol. 10, no. 1, pp. 5–13.
• [2] Smoltech. Technika zgrzewalnicza. Zgrzewarki specjalizowane. https://smoltech.pl/zgrzewarki-specjalizowane/[access date: 15.06.2021].
• [3] Mikno Z., Ambroziak A., Biskup T., Grzesik B., Jeleń M., Kołodziej H., Korzeniowski M., Kowieski S., Kustroń P., Oborski W., Pilarczyk A., Skiba J., Stępień M.: Innowacyjne rozwiązania wysokosprawnych zgrzewarek rezystancyjnych prądu stałego. Monografia opracowana na bazie rezultatów badań uzyskanych podczas realizacji projektu INWELD, finansowanie Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych, projekt nr PBS3/B4/12/2015, 2018, ISBN 978-83-61272-73-1, Instytut Spawalnictwa, pp. 1–244.
• [4] WiR Automation. Zgrzewarki wielopunktowe. Zgrzewarki szablonowe, półautomatyczne i automatyczne, https://wirautomation.pl/urzadzenia/zgrzewarki-wielopunktowe [access date: 15.06.2021].
• [5] Khan J. A., Xu L., Chao Y.-J., Broach K.: Numerical Simulation of Resistance Spot Welding Process. Numerical Heat Transfer: Part A: Applications, 2000, vol. 37, no. 5, pp. 425–446, DOI: 10.1080/104077800274145.
• [6] RF Café, Resistivity (ρ) & Conductivity (σ) of Metals, Alloys, Rocks, and Soils, https://www.rfcafe.com/references/electrical/resistivity.htm [dostęp 15.06.2021].
• [7] ANSYS 18.2 User manual. Mechanical APDL Element Reference, 2018.
• [8] Artap – Argos Suite, Features, http://www.agros2d.org/features/ [access date: 15.06.2021].
• [9] Tarasek G.: Analiza rozkładu strat mocy w zgrzewarkach wielopunktowych. Projekt inżynierski. Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Gliwice 2020.

Uwagi

1. Wersja polska artykułu w wydaniu papierowym s. 10-15.

2. Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).