بررسی خستگی اتصال نقطه جوش مقاومتی ورق پوشش دار

فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای، متداولترین روش برای اتصالات ورق های فولادی کم ضخامت می باشد. به طور متوسط در هر خودرو بیش از 5000 نقطه جوش وجود دارد. در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای به دلیل وجود مقاومت تماسی الکتریکی، در ناحیه تماس ورق ها حرارت قابل توجهی تولید شده که به کمک فشار الکترود باعث اتصال دو ورق می شود. به دلیل توزیع غیر یکنواخت دما، تغییر خصوصیات ورق ها با دما و همچنین وجود فشار الکترود، در پایان جوشکاری شاهد حضور تنش های پسماند در ورق ها خواهیم بود. تنش های پسماند بر روی خصوصیات مکانیکی به ویژه خستگی تاثیر گذار هستند. به دلیل حضور بارهای دینامیکی و میدان های تنش پسماند در اتصالات نقطه جوش که به طور گسترده در وسایل نقلیه استفاده می شوند، اطلاع درست و کافی از کیفیت و بزرگی میدان های تنش پسماند برای پیشبینی عمر خستگی، ضروری می باشد. در این مطالعه ابتدا فرآیند جوش مقاومتی نقطه ای برای نمونه h شکل به منظور تعیین ابعاد دگمه جوش و توزیع تنش های پسماند، به وسیله یک مدل اجزا محدود سه بعدی در نرم افزار ansys مدل سازی شده است. در فرآیند جوشکاری مقاومتی نقطه ای، به ترتیب از روش های کوپل مستقیم و غیرمستقیم برای شبیه سازی میدان الکتریکی-حرارتی و حرارتی-مکانیکی استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که بین ابعاد دگمه جوش به دست آمده از اندازه گیری تجربی و مدل اجزا محدود مطابقت خوبی وجود دارد. توزیع تنش های پسماند در ناحیه دگمه جوش کششی بوده در حالی که، با نزدیک شدن به لبه ی ورق ها سطح تنش های پسماند کششی کاهش می یابد. در پایان فرآیند جوشکاری مدل المان محدود را جهت تست خستگی تحت بارگذاری برشی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند سطح تنش های پسماند کششی در ناحیه دگمه جوش کاهش یافته است. پس از بارگذاری برشی، مدل اجزا محدود به نرم افزار femfat فرستاده می شود تا تحلیل خستگی اتصال نقطه جوش با در نظر گرفتن اثر تنش های پسماند صورت بگیرد. بین نتایج تجربی و عددی مربوط به عمر خستگی اتصال نقطه جوش مقاومتی در نمونه h شکل مطابقت خوبی ملاحظه می شود. برای بررسی تاثیر پارامترهای اصلی جوشکاری مقاومتی نقطه ای بر روی ابعاد دگمه جوش و توزیع تنش های پسماند یک مدل اجزا محدود متقارن دوبعدی در نرم افزار ansys بسط داده شده است. نتایج تجربی و عددی نشان می دهند که با افزایش زمان و جریان جوشکاری نرخ افزایش ابعاد دگمه جوش کاهش می یابد. با افزایش جریان جوشکاری به دلیل افزایش نرخ حرارت تولیدی، سطح تنش های پسماند کششی افزایش می یابد. همچنین با افزایش زمان جوشکاری سطح تنش های پسماند کششی کاهش می یابد زیرا منطقه دگمه جوش فرصت بیشتری برای تبادل حرارت با نواحی اطراف خود خواهد داشت. افزایش نیروی الکترود نیز باعث کاهش سطح تنش های پسماند کششی در ناحیه دگمه جوش می شود.