Analiza numeryczna zgrzewania rezystancyjnego prętów na krzyż przy pneumatycznym i serwomechanicznym docisku elektrod – model 3D

• Autorzy: Mikno Z.

Identyfikatory

DOI

10.26628/ps.v89i9.806

Warianty tytułu

EN

Analysis of Resistance Cross Wire Welding with Pneumatic and Servomechanical Electrode Force - FEM Calculations and 3D Model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przeanalizowano proces zgrzewania rezystancyjnego prętów ze stopów aluminium w konfiguracji na krzyż przy pneumatycznym oraz serwomechanicznym docisku elektrod zgrzewarki. Analiza prowadzona była numerycznie z wykorzystaniem oprogramowania SORPAS – model 3D. Obliczenia prowadzono dla aluminium gatunku AA5182 i średnicy prętów 4 mm. Dla systemu pneumatycznego docisku analiza prowadzona była dla różnych wartości prądów zgrzewania i siły docisku. Analizowano następujące wielkości: przemieszczenie elektrod, rezystancję zastępczą statyczną obszaru zgrzewania, przestrzenny rozkład mocy zgrzewania, energię dostarczoną do zgrzeiny, średnicę jądra zgrzeiny oraz objętość roztopionego metalu. Obliczenia prowadzono aż do osiągniecia jednego z przyjętych warunków granicznych tj., np. maksymalnego czasu zgrzewania (63 ms), maksymalnego przenikania prętów (20%), wyprysku ciekłego metalu. Badania ukierunkowane były na optymalizację procesu zgrzewania poprzez zastosowanie systemu serwomechnicznego i odpowiedniego sterowania siłą docisku lub/i przemieszczeniem elektrod. W wyniku uzyskiwany jest korzystniejszy przestrzenny rozkład mocy zgrzewania, w którym energia koncentrowana jest w centralnej strefie zgrzeiny. Dla systemu pneumatycznego docisku nie jest możliwe uzyskanie założonej nominalnej średnicy jądra zgrzeiny (>1,9 mm) i obserwowane jest tworzenie zgrzeiny pierścieniowej w całym zakresie parametrów zgrzewania. Dla systemu serwomechanicznego obserwowane jest natomiast przetopienie materiału w całym obszarze zgrzeiny i uzyskiwane jest pełne jądro o nominalnej założonej średnicy. Do analizy wyników obliczeń MES i graficznej prezentacji zastosowano oprogramowanie STATISTICA.

EN

The article analyses the resistance cross wire welding of aluminium bars using the pneumatic and servomechanical force of welding machine electrodes. The analysis was performed in a numerical manner using the SORPAS software programme (model 3D). The calculations were performed for bars made of aluminium AA5182 and having a diameter of 4 mm. In terms of the pneumatic system, the analysis was performed for various values of welding current and electrode force. In addition, the analysis also involved such quantities as electrode travel, the static slope resistance of the welding area, the space distribution of welding power, energy supplied to the weld, the weld nugget diameter and the volume of metal. The calculations were conducted until one of the adopted boundary conditions, i.e. the maximum welding time (63 ms), the maximum penetration of bars (20%) or the expulsion of liquid metal was reached. The tests aimed to optimise the welding process by using the servomechanical electrode force system and the appropriate control of electrode force and/ot travel. The tests enabled the obtainment of more convenient welding power space distribution where energy was concentrated in the central zone of the weld. As regards the pneumatic electrode force system, it was not possible to obtain the assumed nominal weld nugget diameter (> 1.9 mm). Instead, the ring weld was formned within the entire range of welding parameters. In terms of the servomechanical force system, the material was melted in the entire weld area and the complete weld nugget having the assumed diameter was obtained. The FEM calculation results were analysed and presented graphically using the STATISTICA software programme.

Słowa kluczowe

PL

zgrzewanie rezystancyjne; system pneumatyczny; system serwomechaniczny; system elektromechaniczny; docisk elektrody; pręt; zgrzewanie na krzyż

EN

resistance welding; pneumatic system; servomechanical system; electromechanical system; electrode force; cross wire welding

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 89, nr 9
• Strony: 14--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il.

Twórcy

autor

Mikno Z.

• Instytut Spawalnictwa, Gliwice

Bibliografia

• [1] H. Zhang, J. Senkara: Resitance welding Fundamentals and Applications, Taylor&Francis Gropu, 2011.
• [2] X. Zhang, G. Chen, Y. Zhang, H. Lai: Improvement of resistance spot weldability for dual-phase (DP600) steels using servo gun, Journal of Materials Processing Technology, 2009.
• [3] H. Tang, W. Hou, S. Hu: Forging force in resistance spot welding. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Volume 216, Number 7, 2002.
• [4] J. Gould: Joining Aluminum Sheet in the Automotive Industry – A 30 Year History, Welding Journal (Welidng Research) vol 91, January, pp. 23-34, 2012.
• [5] X. Q. Zhang, G. L. Chen, Y. S. Zhang: On-line evaluation of electrode wear by servo gun, Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol 36, 2008.
• [6] S. A. Slavick: Using Serwoguns for Automated Resistance Welding, Welding Journal vol. 78, No 7, 1999.
• [7] Z. Mikno, Z. Bartnik, A. Ambroziak, A. Pietras: Patent P. 401723 Sposób zgrzewania rezystancyjnego garbowego zwłaszcza blach stalowych z wytłoczonymi garbami. Patent P. 401723 (Eng. Method for Projection Resistance Welding of Steel Plates with Embossed Projections), 2012.
• [8] Z. Mikno, B. Grzesik, M. Stępień: Patent P. 412615 Sposób zgrzewania rezystancyjnego garbowego w konfiguracji na krzyż zwłaszcza prętów aluminiowych, 2015.
• [9] Z. Mikno, Z. Bartnik: Projection welding with pneumatic and servomechanical electrode pressure system in FEM calculation - comparison. The 7th International Seminar on Advances in Resistance Welding 12-14 September, Busan, Korea, 2012.
• [10] Z. Mikno: Projection Welding with Pneumatic and Servomechanical Electrode Operating Force Systems, Welding Journal (Welidng Research) vol. 95, August, pp. 286-299, 2016.
• [11] Z. Mikno, M. Stępień, B. Grzesik: 2016, Optimization of Resistance Welding by using Electric Servo Actuator. Welding in the World manuscript, Open Access 21 February 2017. DOI:10.1007/s40194-017-0437-x.
• [12] Z. Mikno, B. Grzesik. M. Stępień: Cross-Wire Projection Welding of Aluminium Alloys in relation to Pneumatic and Servomechanical Electrode Force Systems, 10th International Conference Tokyo, JAPAN, Trends in Welding Research, October 11-14, 2016.
• [13] The database of the material and electrode parameters: model 2D version 11.2 and model 3D Version 4.0x64 of the Swantec Inc. SORPAS Software (http://swantec.com/)
• [14] H. Papkala: Zgrzewanie oporowe metali, Wydawnictwo KaBe Krosno 2003.
• [15] RWMA – Resistance Welding Manual, Revised 4th edition.
• [16] Projection Welding, Gould, J E, ASM International, ASM Handbook. Vol. 6: Welding, Brazing, and Soldering (USA), 1993, pp. 230-237, 1993.
• [17] Statistica 12 (wersja testowa), www.statsoft.pl.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).