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Keywords
- strukturiert (4)
- Elektrodengeometrie (3)
- Leichtbauelement (3)
- Rollennahtschweißen (3)
- durchströmbar (3)
- neuartig (3)
- Aluminum resistance spot welding (2)
- Electrode water-cooling (2)
- Heat transfer (2)
- Additive manufacturing (1)
Institute
BTU
Die Erfindung betrifft ein strukturiertes Tailored Blank, umfassend mindestens zwei Fügepartner, wobei mindestens ein Fügepartner ein strukturierter Fügepartner ist und wobei der strukturierte Fügepartner regelmäßig angeordnete Versteifungselemente umfasst und wobei der strukturierte Fügepartner an mindestens einen weiteren Fügepartner gefügt ist.
This work investigates heat transfer mechanism of aluminum resistance spot welding process. The main target is to determine thermal contact conductance and heat transfer coefficients for natural convection and thermal radiation at ambient air and forced convection inside the water-cooled electrodes. For this purpose, the heat transfer of hot sheets in a welding gun for aluminum alloys AA5182 and AA6014 is analyzed experimentally and numerically. The transient temperature field is measured by several thermocouples in a simplified experimental setup. Subsequent thermal-mechanical coupled finite
element simulations of the experiments were used to calibrate the heat transfer coefficients. The heat transfer coefficient for natural convection and thermal radiation to ambient air is 13 W m2 K and the heat transfer coefficient for forced convection of electrode water-cooling is 25,000 W m2 K. The results indicate that the thermal contact conductance can be assumed ideal for welding process. Additionally, the finite element model is validated by the measured and calculated dissipated heat due to forced convection. Finally, a sensitivity analysis is performed to compare the influence of maximum and minimum heat transfer coefficients of forced convection (water-cooling) on transient temperature field and dissipated heat of sample
AA5182.
In this work, a numerical model and experiments are used to investigate heat transfer processes during resistance spot
welding process of aluminum. For this purpose, calibrated heat transfer conditions and thermal contact conductance are transferred from a previous work to a coupled thermal-electrical-mechanical finite element model. First, all domains of the numerical model are validated by an experimental study. The experimental setup includes the measurement of current, voltage drops, electrode force, electrode displacement, and temperatures while two sheets of aluminum alloy AA5182 are joined. Computational results show that most of the generated Joule heat (78%) is stored in the electrodes or transferred to cooling water until the end of weld time. Heat transfer by natural convection and thermal radiation is very small and can in general be neglected for complete process. Afterwards, the influence of electrode water-cooling on welding process is investigated numerically. The results indicate that the generation of Joule heat and thermal energy of the sheets during weld time is only slightly affected by electrode water-cooling. As a consequence, water-cooling conditions do not affect nugget formation. In contrast, electrode water-cooling highly influences cooling conditions during hold time.
Thin sheet metals from deep drawing steel DC04 are very often used in the production of car body and case parts. Quality improvement of sheet
metal components by new constructive solutions (structuring) as well as
adapted joining technology is going on. Structured sheet metals differ from each other by their high bending stiffness. At the same time, they show certain anisotropy due to the structure. Therefore a typical testing
method of structured semi-finished parts (single sheet metals, sandwiches)is the bending test. The literature review revealed that in many
studies no special demands on tests of structured materials were made. This concerns particularly the structure arrangement, structure direction and structure location of the specimen relative to the mandrel position during bending tests, i. e., the direction of the fixed load relative to the structure. The aim of this study was to determine the influence of the test
specification on flexural behavior. In the present paper, honeycomb-structured
sheet metals were examined using 3-point bending tests. Bending stiffness and lightweight potential were calculated with respect to the location of load application and compared for different structure arrangements,directions and locations. The influence of the anisotropy on flexural
behavior of the honeycomb-patterned sheet metals was moderate.
Rollennahtelektrode
(2017)
Eine Rollennahtelektrode zur Verwendung beim Rollennahtschweißen umfasst eine segmentförmige Elektrodenfläche (2) zur Anpressung der zu verbindenden Bauteile und zur Einleitung des Schweißstroms und der Schweißspannung. Die Elektrodenfläche (2) ist derart dreieckförmig oder mäanderförmig oder zueinander beabstandet ausgebildet, dass in der ebenen Abwicklung der Elektrodenfläche (2) ein Zickzack-Muster oder ein Wellen-Muster oder ein Steppnaht-Muster oder ein Rechteck-Muster vorliegt.
Bleche mit regelmäßig angeordneten steifigkeitserhöhenden Strukturen werden zunehmend in Kon-struktionen zur Erhöhung der Steifigkeit dünner Bleche bzw. von kompletten Bauteilen verwendet. Damit diese Bauteile wirtschaftlich verarbeitet werden können, bietet das Rollennahtschweißen mit seinen hohen Prozessgeschwindigkeiten und ohne notwendigen Einsatz von Zusatzwerkstoffen bzw. Schweißhilfsstoffen eine kostengünstige Alternative zu anderen Verfahren. Beim Rollennahtschweißen strukturierter Bleche führen jedoch klassische Rollennahtelektroden zur teilweisen bzw. vollständigen Einebnung der Versteifungselemente, sodass deren positive Wirkung reduziert bzw. vollständig auf-gehoben werden kann.
Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen mit unterschiedlichen Elementtiefen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente. Die Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behäl-terbau wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und X5CrNi 18-10 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt.
Die entwickelten neuartigen Elektroden berücksichtigen die Topologie der Bleche, um eine Einebnung der strukturierten Bleche zu vermeiden. Daher wurden Elektroden mit veränderten Geometrien an den Elektrodenarbeitsflächen gestaltet. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene und die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Elektrodenarbeitsfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde in Schweißversuchen bestimmt und Schweißbereichsdiagram-me bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Fes-tigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweiß-untersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimie-rung führte zu einer vergleichbar guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemen-te mit den neuen Elektroden als auch bei deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.
Anschließend wurde ein Vergleich der Verbindungsfestigkeiten mit dem Widerstandspunktschweißen und dem Metall-Aktivgas-Schweißen durchgeführt.