Simufact.welding 5.0 中文教程 - 第六章
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6 电阻点焊（Resistance spot welding ）目录6.1电阻焊基本知识点 (4)6.2工件的电阻特性 (5)6.3电阻焊的仿真计算 (7)6.4焊枪运动与电极库 (8)6.5Simufact.welding中的电阻点焊仿真 (9)6.6后处理 (20)6.6.1电势 (20)6.6.2电流密度 (22)6.6.3热-电能量密度 (22)6.6.4接触导电率 (22)6.7几个注意点 (23)6.8局限性 (23)6.9参考文献 (24)关键词：电阻点焊、3D、网格自动细化教程级别：焊接仿真基础培训、Simufact.welding基础培训。
主要内容：本章节讲述的是基本电阻点焊的理论、应用背景以及如何simufact.welding中建立仿真过程，并且详细阐述了电阻点焊的后处理注意点。
图6.1 电阻点焊仿真案例6.1电阻焊基本知识点电阻焊工艺因其适用范围广，对材料的作用影响区很小，并且在生产过程中很容易进行质量管理等优点，如今已经广泛地被应用在汽车制造业中。
电阻焊有多种不同的焊接类型，不过他们都是基于焦耳作用产生热源的。
下表显示了不同类型的区别。
●电阻点焊（Resistance spot welding）●凸焊（Projection welding）●滚焊（Seam welding）●电阻电容焊（Capacitor discharge welding）图6.2 电阻焊的各种分类电阻焊是一种将两个导电组件在接触部位局部加热熔化，然后进行连接的焊接工艺。
熔化区域冷却凝固，会产生一个牢固的焊接接头，这是一个由外部作用力和温度扩散同时作用的过程。
电阻焊可以被看成是一系列电阻的串联模型，最大的电阻可以视为是电能转化为热能的主要因素。
如下图所示的串联电路：图6.3 电阻焊工艺的简化示意图焦耳热效应，是指将电能（电子的动能）转化为热能（导体原子的动能）。
对于一个稳定电流电路来说，其热通量可以由以下公式表示：公式6.1 稳定电路的热通量6.2工件的电阻特性如上所述，电阻焊工艺可以简化成一系列电阻串联的模型。
电阻可以分成两类，一类是材质电阻，一类是接触电阻。
●材质电阻⏹材料本身的导电能力⏹对于一个工件而言，电阻是一定的（取决于几何形状和材料本身的导电能力）⏹可以用材料电阻率来描述，单位：Ω·m●接触电阻⏹接触面的导电能力⏹对于一个接触面而言，电阻是一定的（取决于压强、接触面积、表面粗糙度、涂层属性、接触面的材料特性等等）⏹可以用接触面电阻率来表示，单位：Ω·m⏹接触电阻由以下公式计算得到：公式6.2 接触电阻的计算公式式中，R表示接触电阻，ρ表示接触电阻率，l表示接触面的膜厚，A表示接触面积。
在Simufact.welding的计算中，方程采用的不是电阻，而是电刀。
电导是电阻的倒数。
此外，Simufact.welding的计算也并不是采用纯接触电导，而是采用接触电导乘以接触面的膜厚。
后续的，将这一系数简称为接触电导。
单位是在通常情况下，接触电阻大约是材质电阻的30多倍。
而且，这两者电阻的大小都非常依赖于温度。
当然，接触电阻还和接触面压强有关。
在焊接过程中，接触电阻会迅速减小，而材质电阻会逐渐增大。
如下图所示，两者电阻值随温度变化的曲线：图6.4 在电阻焊过程中，各电阻随时间的变化曲线材料的电阻特性，可以在simufact.material材料库中进行查看。
材料库支持定义电阻特性随温度和相组织成分而变。
另外，材料库还允许直接定义材料的电导特性，当然由于两者是倒数关系，所以定义了一者，另一者将由软件自动计算得出。
所有以_sw结尾的材料都已经默认在安装后定义好了电阻特性。
如下图所示为典型钢种的电阻特性：图6.5 Simufact.material中材料的电阻特性在求解器的最后一项中，用户可以对接触电阻的一些参数进行定义，如下图所示。
接触电阻可以是一个恒定值，也可以是一个随温度变化的曲线。
在Simufact.welding中，用户可以根据Bay/Wanheim公式来分别定义接触电阻的各项系数，如下所列：●接触面的压强（σn）●与温度有关的柔性材料流变应力（σsoft）●与温度和相组织有关的接触面上下材料的电阻率（ρ1和ρ2）●涂层及杂质（ρc）根据以上参数，由Bay/Wanheim公式来表达接触电阻率如下所示：公式6.3 接触电阻率的计算公式图6.6 定义接触电阻Simufact.welding 默认采用的是依赖峰值温度的粘连计算。
指的是当两个工件发生接触的面节点中，其峰值温度超过熔点就活激活节点粘连。
熔点指的是两种材料熔点中较低的一者。
此外，热电接触导电率被设置成一个较高的数值（用户输入值乘以1e+6），以此来模拟焊接部分。
6.3 电阻焊的仿真计算电阻焊工艺模拟是一个电-热-冶金-机械耦合的过程。
首先，根据电流和电阻来计算通电产生的热通量，将其做为一个边界条件施加在模型中进行热传递计算。
然后，计算得到整个模型的温度分布。
第三，根据不同的局部温度和变化，计算得到相组织成分，然后基于热应变和流变应力等力学性能来计算得到应力和位移。
随后，将其所有第一步得到的结果，作为初始条件施加在下一步，完成耦合计算。
图6.7 Simufact.welding 中的耦合计算仿真模型主要由工件和边界条件两部分组成。
工件是可变形体，也是导电体；而边界条件是刚体，也是绝缘体，电势为0或者可以给定一个电流。
在电阻焊的整个过程中，必须构造出一个闭合回路。
如果刚体是电势为0，并且与其他部件构成回路，那么它就相当于和地面一样。
下图显示了定义下电极为0V 时候的上下电极电位示意。
电路是如果一个定义电位0V 刚体有电接触其余电路闭合。
这种僵硬的身体就像地面一样。
下面的图显示了在上电极和下电极上的电位定义定义0V 电流模型实例：软件在计算中，当然还考虑了电极与工件之间的接触电阻。
如表达式中描述的，材料电阻率的输入是对于刚性接触电极而言。
Simufact.welding 在计算中，默认取值是普通铜质的随温度变化的电阻率。
其值保存在pre-processing.ini 文件中。
图6.8 闭合回路电位示意6.4焊枪运动与电极库Simufact.welding提供了不同类型的点焊焊枪，分为C型和X型。
C型焊枪的开合运动是直线型的，X型焊枪的开合运动是弧线型的。
在一个分析进程中可以同时使用这两种类型，当然必须分开定义。
下图显示了它们的开合运动轨迹。
图6.9 Simufact.welding中的不同焊枪类型每个焊枪需要定义两个电极。
Simufact.welding已经根据ISO5821标准存储了一个丰富的电极库。
包含了八种标准的电极类型。
用户可以直接从库中进行调用，并自动进行计算，当然也可以从外部导入新的电极类型。
导入的新电极可以保存起来，方便以后再次调用。
详细信息可以查看帮助文件。
下图列出了八种不同的电极类型。
图6.10 依据ISO5821标准的几种点焊电极类型6.5Simufact.welding中的电阻点焊仿真本章会给大家展示在Simufact.welding中如何创建一个电阻焊接的仿真工程。
案例是关于两块折板的点焊。
首先，新建一个工程，选择如下所示，电阻点焊。
图6.11 工程初始化将工程重命名，例如可以命名为SpotWelding。
可以看到，在初始化的窗口，我们可以指定工件的数量，各种边界条件的数量以及焊枪类型。
其中，工件和边界条件的名称会在拖入模型的时候自动重命名，而焊枪的名称是不会自动改变的，当然我们可以手动修改。
在本案例中，所有名称都是使用默认值。
现在，我们可以导入网格模型了。
本案例的模型是预先已经装配好的.bdf网格文件。
在备用区，鼠标右键单击Geometries，定位到网格模型的存放路径，或者直接导入Library 库中的相应模型。
图6.12 导入网格模型定位到文件夹的位置，点击Open导入。
在本教程中。
我们将一次性导入四个文件：Fixing-01-m.bdf、Fixing-02-m.bdf、Sheet01_m.bdf、Sheet02_m.bdf。
图6.13 文件选择导入单位选择Meter，勾选上Use for all geometries选项。
在后续弹出的对话框中，点击OK。
图6.14 单位选择紧接着会弹出一个警告对话框，提示有二维网格的存在。
这是因为两个边界条件的网格文件是面网格而非体网格的原因，我们忽略该警告，直接点击Import 导入。
图6.15 导入面网格时的警告将Sheet01和Sheet02分别拖拽给工件component ，而将Fixing-01和Fixing-02分别拖拽给固定边界条件fixing ，完成定义。
图6.16 进程树示意接下来，我们从材料库中导入材料。
本案例中，我们使用22MnB5作为工件的材料。
图6.17 导入材料边界条件（支撑、固定、夹持以及电极模型）均不需要划分体网格，而仅仅只需要面网格即可参与计算，因为他们都是刚体。
红色高亮标记的标签是指尚有条目没有定义，比如电极电流、夹持力或者电极类型等等。
总之，红色表示缺乏一个或者多个条目未定义。
在导入材料之前，需要确保该材料的数据中包含着电阻特性的定义。
所有以_sw 结尾的材料都已经预定义了标准的电阻特性曲线。
图6.18 Simufact.material 中的材料将导入的材料，分别拖拽赋予给两个工件。
由于所用材料是包含多种相组织成分的曲线，我们可以定义工件的初始相成分分数。
双击Sheet01打开设置，将材料的初始成分设置为100%的贝氏体（bainite ）。
图6.19 初始成分分数点击OK 确认。
同样的操作，对Sheet02进行设置。
接下来，我们创建一个点焊序列。
点焊序列就是指电阻点焊过程中焊点的先后顺序，跟焊接路径之于常规焊接一样的意义，点焊序列是特别针对电阻点焊而言的。
可以通过视图界面点选导入，可以通过.CSV 文件导入。
在本案例中，点焊序列是通过直接输入坐标的形式来给定的。
右键单击Trajectories ，选择New point sequence 。
从版本5.0开始，焊接轨迹可以由焊接路径中的点直接拖拽入焊枪而生成。
拖拽后，生成的焊接轨迹就自动存储在了备品区。
图6.20 创建点焊序列在焊枪方向Orientation中选择Local vector，焊枪方向是用来定位点焊焊枪的开合方向的。
当选择Local vector时是基于焊接点来定义的，当选择Local second point时是基于两点来创建一个矢量作为焊枪方向的。
在点焊序列中，添加四个点并且定义他们的焊枪方向，所有单位是mm，输入坐标轴x/y/z：●Point 1：18，41.25，34●Point 2：-18，41.25，34●Point 3：14，32.5，65.5●Point 4：-14，32.5，65.5再定义四个点的焊枪方向：●Orientation point 1：0，-1，0●Orientation point 2：0，-1，0●Orientation point 3：0，-0.866，-0.5●Orientation point 4：0，-0.866，-0.5停顿时间Pause time都是默认的1s。
