焊接方法多種多樣，由于其涉及的物理過程不盡相同，因此對其的模擬方法也有所不同。本章著重介紹電阻點焊及攪拌摩擦焊的數(shù)值模擬過程。點焊過程的特殊之處在于其屬于一個熱-力-電耦合的過程，而攪拌摩擦焊屬于一個存在劇烈塑性變形的動力學過程。

6.1 點焊過程的數(shù)值模擬

6.1.1電阻點焊過程的特點

電阻焊是指將組合后的工件通過電極施加壓力，并利用電極電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域，利用產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。電阻焊利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合。而電阻點焊是將工件裝配成搭接接頭，并壓緊在電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。典型的電阻點焊示意圖如圖6-1所示。電阻點焊的過程一般包括以下幾個階段。

1)預壓階段。通過對電極施加壓力，將被焊工件壓緊。

2)通電焊接階段。對電極施以一定強度的電流，工件之間由于接觸電阻比較大，而發(fā)生熔化。

3)斷電保持階段。通電結(jié)束，保持電極壓力，使工件在電極壓力作用下冷卻并結(jié)合在一起。

4)電極移除階段。釋放壓力，形成焊核。點焊過程的原理相對簡單，但在實踐應用中，其焊接過程較短，影響因素較多，并且點焊的形核始終處于封閉狀態(tài)，無法直接進行有效觀測。上述特點使點焊過程的質(zhì)量難以控制，也給點焊工藝的制定與優(yōu)化帶來一定的困難。

數(shù)值模擬的方法能夠再現(xiàn)點焊熔核形成過程中的電、熱、力等相關物理場，通過分析這些場變量與焊接質(zhì)量影響因素的關系，可以對點焊接物理過程有更清晰的認識，為提高焊點質(zhì)量提供理論指導，并為實際生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

圖6-1電阻點焊示意圖

6.1.2 點焊數(shù)值模擬分析方法的演化過程

電阻點焊工藝應用到工業(yè)制造領域至今已有100多年的歷史，但由于其物理機制的復雜性--涉及電、熱、力、冶金及表面現(xiàn)象等多個方面，對其數(shù)值模擬直到20 世紀80~90年代才逐漸建立起來。

電阻點焊過程的數(shù)值模擬開始于1960年,Archer[53]研究了一維模型中的電熱現(xiàn)象。到 20世紀80年代，Nied[54在他的研究中開始使用接觸電阻模型，并考慮了點焊過程中的熱變形。在這一時期，對于點焊過程中的電熱耦合、熱力耦合常進行間接、區(qū)分處理。隨后研究者們致力于電-熱-力三物理場的直接耦合[55]，其分析方法也從有限差分法發(fā)展到有限元法，模型從一維模型發(fā)展到軸對稱模型，再發(fā)展到三維模型。耦合方式上從單場分析發(fā)展到多物理場耦合分析，并且考慮的因素越來越多，越來越接近實際[56,57]

Abaqus 通用有限元軟件從6.11版本開始支持電-熱-力的全耦合計算,為點焊的數(shù)值模擬提供了方便。下面以一個點焊數(shù)值模擬的實例進行詳細說明。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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