Wybrane aspekty zgrzewania garbowego blach stalowych w obliczeniach MES

Abstract

W artykule analizowano wpływ docisku konwencjonalnego (pneumatycznego) na proces tworzenia zgrzeiny garbowej z wykorzystaniem obliczeń MES oraz weryfikacji eksperymentalnej. W procesie zgrzewania garbowego siła docisku elektrod wpływa w istotny sposób na przebieg odkształcania się garbu nagrzewanego przepływającym prądem o zmiennej gęstości. Korelacja tych czynników wpływa na rozkład temperatury w obszarze zgrzewania, a tym samym na wytrzymałość uzyskiwanego połączenia. Obliczenia i eksperymenty przeprowadzono dla materiału DX53 o grubości 1,5 mm i różnych sił docisku (110, 220, 440 i 550 daN). Wykorzystując wyniki obliczeń MES, analizowano parametry tj.: zgniot garbu na zimno i w czasie przepływu prądu, przebieg rezystancji dynamicznej i mocy chwilowej, średnicę jądra oraz energię dostarczoną do zgrzeiny. W czasie eksperymentów rejestrowano prąd i napięcie zgrzewania, przemieszczenie i siłę docisku elektrod. Przeprowadzono badania niszczące i nieniszczące, w tym technologiczną próbę wyłuskiwania, statyczną próbę rozciągania złączy oraz pomiary średnicy zgrzein metodą ultradźwiękową. Bada- nia ukierunkowane były na optymalizację procesu łączenia z uwzględnieniem aspektu sterowania siłą docisku, która może być realizowana za pomocą serwonapędu. 

Aspects FeM calculations of projection welding of steel plates  

The paper presents the analysis of the impact of conventional (pneumatic) pressure on formation of a projection weld using FEM calculations and it experimental verification. In projection welding, electrode pressure force has a significant impact on deformation of a projection heated by current of variable density. The correlation of these factors influences temperature distribution in a welding area and thus, the strength of a joint. Calculations and experiments were carried out for steel grade DX53 (1.5 mm-thick test plate) and various values of pressure force (110, 220, 440 and 550 daN). The FEM calculation results were used to analyze a number of parameters i.e. cold work of a projection and its plasticization during current flow, course of dynamic resistance and of momentary power, weld nugget diameter and energy supplied to a weld. The experiments involved the recording of welding current and voltage as well as of travel and pressure force of electrodes. The research also involved DT and NDT, including a technological peeling test, static tensile test and ultrasonic measurements of weld diameters The purpose of the research was to optimize a welding process taking into consideration the aspect of pressure force control (for instance, by means of a servomotor).