回火电流脉冲， 对点焊接头马氏体组织进行回火热 处理并部分消除焊接残余应力， 从而改善弹簧钢点 焊接头的力学性能9 传统单脉冲回火热处理工艺， 仅通过调整回火电流值和电流脉冲时间两个参数， 既要使焊接区获得要求的回火温度并保持充足的时 间， 同时还要求熔核区及热影响区都获得合适的回 火温度， 这两方面的要求几乎难以同时得到满足9 采用多脉冲回火热处理工艺能够更有效地控制回火 能量输入， 从而有效地控制点焊接头的回火温度及 温度场分布， 使整个焊接区得到充分回火处理， 从而

  由于弹簧钢的碳当量高 （ :G #$9 @ ） ， 具有很强 的淬硬性， 而点焊过程中电流加热作用时间很短， 并 是在电极的激冷作用下， 因此点焊熔核及热影响区 在极快 （ $D H $C I J K ） 的冷却速度下产生马氏体 组织9 硬脆的马氏体组织使点焊接头性能， 特别是 疲 劳 性 能 显 著 下 降， 应采取一定的措施消除马氏体组

  图 3 是多脉冲回火过程中工件 4 工件接触面不 同位置的热循环， 图 * 给出一般单脉冲回火过程中 工件 4 工件接触面不同位置的热循环% 多脉冲回火 时由于回火脉冲间的冷却作用， 抑制了温度的过度 上升， 同时使熔核中心区的热量相比连续通电时有 更充分的时间向熔核边缘扩散， 这有利于熔核边缘 区域的回火处理% 图 ) 给出了多脉冲回火过程工 件 4 工件接触面的温度分布， 图中表明随着回火时间 的增加熔核边缘区域的温度相对有较快的增长% 单 脉冲回火时一定要采用较小的电流才能达到既不过 热， 又有较长回火时间的效果， 但由于加热速度太 慢， 大部分热量损失， 而回火的温度又不足% 多脉冲 回 火时则能够使用较大的回火电流， 获得较高的回 火温度% 通过对弹簧钢点焊回火热过程的有限元分析， 亦表明了多脉冲回火工艺存在的问题是， 在回火脉 冲之间的冷却时间内温度的下降幅度过大 （ 图 3） ， 从而使回火温度的平均值大幅度下降， 作为补偿则需 要延长回火时间% 目前电阻点焊控制器的控制方 式， 每个回火电流脉冲时间和冷却时间不能单独调

  % % % % % % % % % % （ 9 吉林大学 材料科学与工程学院，长春% !$$#C ； % % % % % % % % % % #9 吉林工程技术师范学院 机电工程学院，长春% !$$C# ） 摘% 要：为更有效地控制弹簧钢电阻点焊接头随机回火热处理过程， 以提高弹簧钢电 阻点焊接头质量，建立有限元数值模型， 对弹簧钢电阻点焊接头随机回火热处理过程进 行数值模拟分析9 对比分析了弹簧钢电阻点焊接头随机多电流脉冲回火热处理过程及传 统的随机单脉冲回火热处理过程9 根据结果得出，采用多脉冲回火热解决方法比采用单脉冲 回火热解决方法更容易精确控制随机热处理能量输入，更有效地控制点焊接头回火热处 理温度及温度场分布，使弹簧钢电阻点焊接头获得更充分及更均匀的回火热处理9 关键词：弹簧钢；电阻点焊；随机回火热处理 中图分类号：&4D$#% % 文献标识码：(% % 文章编号： $#C! A !E$F （#$$） $# A $$@C A $D

  技术的关键是， 既要对整个点焊接头进行充分的回 火处理， 同时需要控制回火温度不能超过金属重结 晶温度， 以避免回火处理后接头组织被二次淬硬9 电阻点焊过程焊接温度场的特点是， 点焊熔核中心 温度最高， 熔核周围的温度随与熔核中心的距离增 大递减9 对于传统单脉冲回火热处理工艺， 由于仅 有回火电流脉冲值及其电流脉冲时间两个可调参 数， 当选择的回火参数使点焊接头的中心区获得合 适的回火温度， 则接头热影响区可能温度过低而得 不到回火热处理； 如果为了使点焊熔核熔合线附近 区域获得合适的回火温度或为增加回火作用时间 而增加回火电流及电流脉冲时间， 则熔核中心区域 的温度可能过高而超过重结晶温度， 使熔核部分区 域重新淬硬9 因此单脉冲回火热处理工艺合理的回 火参数范围很窄， 在存在多种随机干扰的实际点焊 过程中难以获得理想的接头整体回火效果9 图 是多脉冲回火热处理点焊工艺和单脉冲回 火热处理点焊工艺加热原理图9 多脉冲回火工艺的 特点是比单脉冲回火工艺增加了两个可调回火参 数， 即回火脉冲间隔时间和回火脉冲个数9 采用单 脉冲回火工艺时， 为避免产生二次淬硬， 同时尽量扩 大有效回火区域， 只有采取减小回火电流和增加电 流脉冲时间的方法， 这一方面造成有效热量的损失 增加， 而且由于熔核中心周围温度的自然递减， 点焊 熔核熔合线附近的高应力区仍然得不到有效的回火 热处理9 采用多脉冲回火工艺时， 选择回火参数的 根本原则是减少单个脉冲能量输入， 利用脉冲个数 控制总能量输入9 减少单个脉冲输入能量的方法主

  点焊过程中电位分布和温度场分布等也基本是轴对 称的， 可以将作为轴对称问题处理& 对于等板厚点 焊问题， 物理摸型可简化为轴对称体 % / 0 子午面内 的结构 （ 图 ’） & 弹簧钢点焊回火过程分析以此物理

  节， 如果减少回火脉冲间的冷却时间， 则会降低回火 脉冲间的冷却作用， 使温度上升过快， 轻易造成过 热& 如果未解决过热问题而减少回火脉冲时间或 回火脉冲电流， 则会加热量不足， 回火温度过低& 针对以上问题可以采取下面的解决方案， 即采 用 “ 变频率多脉冲回火解决方法” & 其基础原理是， 第一或前几个回火脉冲的频率较低， 即回火脉冲时 间和冷却时间都较长， 以快速达到较高的回火温度； 后面的回火脉冲采用较高的频率， 即回火脉冲时间 和冷却时间比较短， 以减小回火温度的波动幅度& 该 方式可大幅度的提升平均回火温度， 提高多脉冲回火的 效率， 但对电阻点焊控制器则提出了新的要求&

  要是大幅度减少电流脉冲时间， 而回火脉冲电流值反 而适当增加， 这不仅可提高回火加热速度， 增加回火 加热效率， 还能够大大减少回火电流脉冲加热期间的温 度变化， 从而大幅度的降低回火温度超过重结晶温度的 可能性& 在回火电流脉冲间隔期间， 回火温度下降， 合理设置回火电流脉冲间隔时间， 使回火温度不降 至于马氏体转变温度以下& 回火电流脉冲多次往 复， 回火温度在小幅范围内波动& 重要的是， 在回火 电流脉冲 间 隔 期 间， 点焊熔核的中心区能够获得 “ 冷却” ， 因此在多脉冲回火热处理过程中， 熔核中 心区的热量不断向周围扩散， 使整个焊接区得到充 分回火处理， 同时又可保证熔核中心区不过热& 点 焊接头回火热处理时间由回火电流脉冲个数控制&

  有限元计算网格的剖分以兼顾计算精度和计算 效率为原则， 在场变量变化剧烈处加大网格的密度， 变化较小处则适当减小网格的密度& 对于电场问题的边界条件， 由于点焊电场问题 是导体内电场问题， 电场集中于电极和工件内， 环境 介质的电场很弱， 可以将与空气、 水的界面， 包括对 称轴上的电位梯度设为零 （ 1234(5 段） ； 对于旋转 对称场问题， 工件 / 工件接触面 （ 61 段） 设为电位值 为零的等电位面； 75 段为另一等电位面& 对于热传导问题的边界条件， 电极水冷通道界 面 （ 897 段） 考虑为冷却水散热， 其它界面 （ 123: 4(5 段） 为空气散热及热辐射散热& 考虑对称面热 流平衡问题， 对称面 （ 8;6， 61 段） 按绝热面处理& 热过程计算的初始条件设定为 % * ’ & 点焊热过程数值模拟中涉及的电、 热物理参数 都随温度的变化发生很大的变化， 必须在数值计算 中予以考虑& 有限元数值模型涉及的工件材料为 =? 弹簧钢， 电极材料为铬锆铌铜& 热过程计算中 涉及到的主要物理性能参数有电阻率、 热导率、 比热 及密度等& 其中密度参数可作为常数处理， 由于回 火处理温度不高于熔点， 因此也不用考虑相变潜热的 处理问题& 冷却水对电极的冷却作用以管内强制对

  流散热方式处理； 电极及工件表面作为空气自然对 流和热辐射混合换热处理% ! !# 数值模拟工艺条件 点焊材料为 &% ’’ ( &% ’’ )*, 弹簧钢， 点 通电时间 ) 焊形核基本工艺参数为： 焊接电流 # Leabharlann Baidu.， 周波， 电极压力 /% ! -0； 随机回火工艺参数为： 回火 脉冲电流 *% * -.， 回火脉冲通电时间 / 周波， 回火 脉冲间冷却时间 * 周波， 回火脉冲数 *% 作为对比， 单脉冲回火方式的随机回火工艺参 数为： 回火脉冲电流 /% & -.， 回火脉冲通电时间 )& 周波% ! $# 数值模拟结果及分析 为使 )*, 弹簧钢点焊接头获得最佳的回火效 果， 首先应使点焊接头组织充分马氏体化% 点焊形 核热过程的数值计算结果 （ 图 /） 表明， 在上述计算 条件下， )*, 弹簧钢点焊接头马氏体组织的转变时 刻约在点焊通电开始后的 1 2 !1 周波% 根据这一 计算结果确定回火处理的开始时间， 不仅仅可以充分 提高弹簧钢点焊的工作效率， 还能够充分的利用生成 熔核时产生的热量%