摘要：铝钢异种材料连接件具有高强度、耐腐蚀和质量轻等优点，在交通运输等领域有着广阔的发展前景。铝钢连接最为常用的方法是焊接，随着温度的变化、固液相之间的转变以及热应力的产生，会导致焊后材料的变形和承受静载荷能力的下降12。因此，有效预测焊接变形及合理地选取方法来分析、控制乃至消除焊接变形，成为提高焊接接头承载能力和保持结构外形不变的重点。
关键词：焊接工艺参数；点焊接头；力学性能
引言
随着工业的快速发的日益增长，高强钢由于其较高的比强度在工业制造中逐步得到广泛应用。但钢材料在形成优质、稳定的点焊接头方面仍存在一定困难。电阻点焊具有高自动化程度、高效率以及低成本的优点，是工业制造过程中一种非常重要的连接方式，焊点的质量直接影响着产品的耐久性和安全性。
1摩擦焊接概述
摩擦焊接是通过特定手段促进金属表面状态和质量变化，以达到接头目的的焊接方法。摩擦焊接工艺可以根据状态分为初期、不稳定停车、锻造和锻造保持阶段。现有文献研究表明，摩擦焊接参数一般为速度、摩擦压力、摩擦时间、停车时间、锻造时间和锻造变形量等。钢材料在焊接过程中由装置产生的摩擦力矩、动力和材料的变形过程中，速度和压力起着重要作用。因此，速度和摩擦压力是摩擦焊工艺参数的组成部分。在摩擦焊接过程中，一旦确定了钢材料的直径，就可以根据摩擦速度和速度的正相关关系，从气缸半径的2/3中得出该摩擦焊接的瞬时摩擦速度。速度越高，作业的熔接温度越高。因此，为了在工件表面达到一定的焊接温度，摩擦速度必须大于理论摩擦速度。钢材料摩擦焊接稳定后，此时速度增加，结合面温度升高，工件变形层逐渐变薄，深塑性区向中心倾斜，挤压阻力增大，长轴缩短速度降低。
为了产生足够的加热热并确保摩擦表面的完全接触，摩擦压力不能太小。在稳定的摩擦阶段，随着摩擦扭矩的增加，摩擦扭矩的增加，摩擦加热功率的上升，摩擦变形速度的增加，变形层变厚，深层塑料区域呈径向增加，向外圈移动，形成粗不对称的飞行边缘，接头的温度分布梯度大，变形层金属不易氧化。
2焊接参数对钢焊接头力学性能的影响
2.1建立模型
在进行实际的焊点、焊接过程中，在力场、电场等多物理场的焊点中，在有限元模型基础上，构造有限元耦合的模型的，将焊接整个过程中，不同的工艺参数进行仿真模拟，建立焊接参数、焊点性能间的相互作用模型，开展焊接参数、焊点性能两者之间的窗口关系，并建立相应模型。在进行电阻电焊中，因空间对称性的体征，将有限元模型转换成为轴对称模型，通过接触层来表达接触性能，通过空间温度、热导率、电极空腔冷却水的温度、流速等，通过耦合单元，进行分析建模以及网格划分，因加热区网格较密，通过对该区域进行疏散的方法，不仅在时间成本上降低，还可提升整体过程中的计算效率，计算中的精准度显著提高，自外观的呈现上，也会取得较好的效果。
2.2焊接电流对接头力学性能的影响
焊接电流对焊接能量的影响至关重要。为了分析焊接电流对点焊接头力学性能的影响规律，分别采取不同的焊接电流进行焊接工艺实验，焊接压力、预压时间和焊接时间等工艺参数保持不变。每个焊接电流下焊接5个试样，焊后测量剪切力，求平均值，同时确定最大与最小剪切力的变化范围。通过实验可知，当焊接电流较低时，由于焊接热量输入较少，导致焊点结合不足，剪切力较弱，且波动较大。随着焊接电流的递增，点焊接头的剪切力呈线性增加趋势，且焊接质量趋于稳定。当焊接电流达到1.6kA时，产生的焊接热量较高，虽然剪切力有所增大，但焊点表面压痕严重，且电极粘连明显。从断裂形式上看，焊接电流低于1kA时，点焊接头出现拉脱现象，焊点质量差。
焊接电流超过1.1kA后，焊点断裂形式为可伐连接片断裂，焊接质量得到提高。
2.3焊接工装的设计
自动化焊接系统中，焊接工装设计的合理性直接影响到焊接质量与焊接效率。所以设计机器人焊接工装夹具时要充分考虑多方面影响因素，使设计出来的夹具，尽可能满足焊接使用要求。在设计焊接夹具时，应考虑车架零件在夹具上如何进行定位，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大。焊接机器人工装夹具夹紧时不应破坏焊件的表面质量，尤其在夹紧薄件的时候，应限制夹紧力或者采取压头行程限位、加大压头接触面积、添加铜、铝衬套等措施，做到夹紧可靠，刚性适当。焊接机器人工装夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要做到夹紧后既不使焊件松动滑移，又要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶使工件发生转位。在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，避免前桥焊合件因过定位而生产较大的应力。所设计焊接工装与焊接机器人配合使用，因此焊接工装应动作迅速、操作方便，且操作位置应处在工人容易接近、易操作的部位。当夹具处于夹紧状态时，应能自锁；同时还要有足够的装配、焊接空间，所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离。由此可知，搭接宽度和夹持点位置的变化均对焊接变形存在影响，且不同搭接宽度下均存在最佳夹持点位置，可获得最小的焊接变形。
2.4电极压力对钢点焊接头的影响
实验结果表明，电极压力为3kN时钢、铝表面有大的圆形压痕，两侧的压痕更深，接头表面没有焊接飞溅残留物，表面成型质量良好，电极压力为5.5kN时钢、铝表面压痕直径及压痕深度减小，呈椭圆形，这是因为电极压力大时接触电阻产生的热量较少，接头表面压痕直径及压痕深度减小。实验表明，随着电极压力的增加，接头压痕速度持续下降。，即可从workspace页面中移除物件。因此，选择合适的电极压力有助于提高连接器的表面质量。
2.5焊接时间对钢点焊接头的影响
摩擦时间对钢接合的加热程度和熔接的能源消耗有重要作用，对接合的加热温度、熔接效率和品质有重要影响。摩擦焊接时间短时，工件的焊接表面温度不稳定，无法在工件表面形成完全变形区域。因此，工件焊接接头的温度分布不标准化，不能满足焊接表面质量的要求。摩擦焊接时间长，焊接温度分布比较均匀，高温区域金属温度高，摩擦变形过多，加热消耗太大。摩擦变形速度，即轴向缩短速度恒定时，摩擦加热的轴向缩短与摩擦时间成正比。因此，为了控制摩擦加热过程，经常使用轴向变形而不是时间。
结束语
综上所述，通过对焊接参数现状的分析，建立有限元模型，进行检测焊点载荷的动态变化，进行偶和数值，进行优化等方法，了解了焊接参数与焊点性能之间的关联，在焊点力学性能的表达中，提供有效的参考意义，设立的消耗模型，不仅达到了优化工艺参数，而且降低能量的消耗，实现了速度和能量之间的消耗，为我国进行节能减排做出贡献，在焊点载荷中，更加精确定位，进行分析，具有较好的价值一意义。但在本研究中，因在其它焊点的性能上考虑不全面，在应用上仍需逐渐探索，进一步完善。
参考文献
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