Fulltext

Prediction of the Best Electrode Geometry of Resistance Spot Welding RSW Theoretically by FEM and Experimentally

تخمین الشكل الھندسي الأمثل للألكترود في لحام المقاومة الكھربائیة بالنقطة RSW (نظریا بًطریقة العناصر المحددة FEM وعمليا)

Khalil Ibrahim Abass

Engineering and Technology Journal مجلة الهندسة والتكنولوجيا
ISSN: 16816900 24120758 Year: 2012 Volume: 30 Issue: 15 Pages: 2626-2640
Publisher: University of Technology الجامعة التكنولوجية

Abstract

The present research studies five spot welding electrodes (RSW) of different geometries. The design of each electrode considerers contacts shape and area of the welding spot. The considered welding electrodes are (Flat, Round, Project, PunchFlat, Cross Flat). A simplified mathematical 2D-axisymmetric model is used to study the behavior of each electrode. It is solved numerically using Finite Element Method (FEM). The model describes the nature of welding contact in terms of contact locations, contact pressure and stress distribution. The model is validated by performing tensile shear tests on the welded specimens resulted from each electrode. Results show good agreement between the estimated behavior and the performed tests. The strength of welding appeared to be proportional to welding time for all five electrodes considered. The type (Project) gives the highest shear strength and the type (PunchFlat) gives the lowest shear strength. The tests show that the electrode of the type (PunchFlat) produces a hole in the welding area. This is caused by the electric spark in the gap between the upper electrode and the plate. The same defect is noticed in the type (Round). In both types, this phenomenon is attributed to the stress concentration in a narrow area which eventually causes the punch.

فـي هـذا البحث تم أختيـار ودراسـة خمسـة أشكال هنـدسية مقترحـة لألكترود لحـام المقاومة بالنقطة – RSW, وقد صممت أعتماداً على شكل التماس ومساحة نقطة اللحام الى الأنواع: ( Flat, Round, Project, PunchFlat, Cross Flat ). وقد تم بناء نموذج مبسط ثنائي ألابعاد ومتماثل حول المحور Axis symmetric - 2D بطريقة العناصر المحددة - FEM حيث يظهر طبيعة التماس ( مواقع التماس, قوة وضغط التماس, توزيع الأجهادات ). كذلك تقييم شكل منطقة اللحام الناتجة ومساحتها والمنطقة المتأثرة باللحام ومصادقة النموذج النظري عن طريق أجراء أختبار الشد القصي عل العينات الملحومة وتقييم مقدار قوة اللحام الناتجة وبيان المقارنة بين الأشكال الهندسي الخمسة للألكترود. وقد أظهرت النتائج أن علاقة قوة اللحام تتناسب طردياً مع زمن اللحام ولكل أنواع الألكترودات مع ملاحظة أن نوع الألكترود ( Project ) كان الأعلى قوة قص. ونوع الألكترود (PunchFlat ) كان الأقل قوة. وهو نفس التخمين الذي قدمه نموذج الـ FEM. أما تقييم شكل اللحام فقد أظهر وجود ثقب في منطقة اللحام في نوع الألكترود PunchFlat) ) نتيجة وجود تفريغ كهربائي في الفجوة بين جزء الألكترود العلوي والصفيحة, وهو نفس العيب الذي ظهر في نوع الألكترود(Round ) حيث تركز الأجهادات في منطقة ضيقة سبب خرق في وسط منطقة اللحام.