超声波焊接摩擦热产热计算与分析

       对焊接过程的瞬态分析知，在焊接过程中由于焊件特别是导能筋存在明显的形变，在焊件与导能筋的接触面上会发生因应变引起的相对微滑移这种微滑移产生的摩探热能够使材料局部温度从室温快速着至玻璃转化区附近。在本文所计算的模型中虽然滑移的绝对距离很小，但是由于超声频率高，所以最高滑移速度可达532.463mm/s摩擦应力高达 12.252MPa，如图0和图1所示。仿真结果显示，滑移速率的最大点出现在导能筋表面的角点位置，随着与角点距离的增加，导能筋表面上各点的滑移速率逐渐减小，在导能筋表面的中心位置滑移速率几乎为0。当摩擦因数为0.4时，经计算和导能入角点的功率密度为6.52W/mm²这足以使局部材料的温度在较短的时间内升至较高值，图2所示为摩擦热引起的温度场分布，结果显示：摩擦热产生的温度峰值出现在导能筋表面的角点位置，而且随着与角点距离的增加，温度逐渐减小，这与相对滑移速率的分布规律相符提取导能筋上的角点(点1)，角点附近一点(点3)和角点附近下焊件上一点(点2的温升曲线，如图3所示。结果显示，角点的温度在0.1s内可升高近 80C，而有越靠近角点温升越快。

                                                图二

黏弹性产热计算与分析

从理论分析可知初始温度对秋弹性产热过程至关重要 ，材料具有在玻璃转化区时，它的黏弹性产热过程才比较明显。图4所示为起始温度分别为25℃和90℃时，导能筋界面上一点由科弹热引起的温升曲线。图中显示，经过长达 0.2s的焊接,温度的升高 量小于2℃。以这样的温升速率导能筋不可能像实际焊接过程那样在几秒甚至小于1s的时间内熔融。由图4中的两条曲线可以看出起始温度为25℃和90℃时，其温升速率和温升总量 近似， 说明在这一温度范围内黏弹性产热速率随起始温度的变化不大。因此，在此温度段材料的黏弹性产热效应并不明显，即使施加长时间的超声也不足以使材料熔融甚至软化。