تحليل تجربي و عددي اثر شار الكتريكي فرعي بر اتّصالات جوش نقطه اي مقاومتي آلياژ آلومينيوم 2219

Shunting Effect in Resistance Spot Welded Joints of Aluminum Alloys

شار الكتريكي فرعي در جوش نقطه اي هنگامي رخ مي­دهد كه جريان الكتريكي از طريق نقطه جوش موجود عبور مي­ كند. مقدار اين شار به تعداد، فاصله و اندازه دكمه (هاي) قبلي وابسته بوده، باعث تغييرات ابعادي و متالورژيكي دكمه جوش پاياني مي ­شود. در اين مطالعه، اثر شار الكتريكي فرعي به كمك يك مدل الما ن محدود مورد بررسي قرار گرفته، نتايج آن با آزمايشات تجربي روي ورق ­هاي آلومينيوم 2219 مورد مقايسه قرار گرفته است. در اين راستا، پارامترهاي فاصله و جريان جوشكاري جهت كشف اثر شار الكتريكي فرعي بر كيفيت دكمه جوش مورد بررسي قرار گرفته ­اند. در بخش تجربي، طراحي آزمايش سه عاملي به منظور تشخيص اهميّت عوامل مؤثّر و اعتبارسنجي مدل المان محدود استفاده شده است. در مدل المان ­محدود، تمامي اثرات متقابل الكترو-ترمال و مكانيكي مد نظر قرار داده شده، خواص جنس بصورت تابعي از دما وارد شده ­اند. نتايج تجربي و عددي از مطابقت قابل قبولي برخوردار هستند. عدم تقارن توزيع دما به همراه ابعاد نقطه­ جوش تحت اثر عامل مذكور توسّط مدل المان­ محدود پيش بيني شده، توسّط نتايج تجربي اعتبارسنجي شده است. همچنين تاثير شار الكتريكي فرعي بر كاهش عمق نفوذ، گرايش منطقه ي متاثّر از حرارت به نقطه جوش قبلي و تمركز عناصر آلياژي در مرز دانه ­هاي منطقه متاثر از حرارت به اثبات رسيده است

Shunting effect occurs in RSW when the electrical current passes through previous spot welds. Value of this current depends mostly on distance, number, and size of previous spot welds. This will cause some dimensional and metallurgical changes in welding nugget as well as heat affected zone (HAZ). In this study, shunting effect of RSW is considered in a finite element analysis (FEA) model and the results are compared to experiments performed on aluminum alloy 2219. Weld spacing together with welding current and time are considered to discover the effect of shunting current in the final quality of nugget. A three factor experiment design has been performed to find the significance of factors and interactive effects, as well as FEA model verification. Electrothermal and mechanical interactions are considered in the FEA model. Experimental and numerical solutions have yielded comparable similar results in terms of welding nugget properties. Asymmetry in electrical potential, temperature, and stress distribution and geometry of shunted nugget are predicted and verified directly or indirectly. Intense effect of shunting current on nugget height, asymmetric growth of heat affected zone (HAZ) toward previous welding nugget, as well as concentration of alloying elements along grain boundaries are also discovered.