Skip to main content
Erschienen in: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 1-2/2020

25.09.2020 | ORIGINAL ARTICLE

A study of the heat transfer mechanism in resistance spot welding of aluminum alloys AA5182 and AA6014

verfasst von: Michael Piott, Alexandra Werber, Leander Schleuss, Nikolay Doynov, Ralf Ossenbrink, Vesselin G. Michailov

Erschienen in: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology | Ausgabe 1-2/2020

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

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 \(\mathrm {\frac {W}{m^{2} K}}\) and the heat transfer coefficient for forced convection of electrode water-cooling is 25,000 \(\mathrm {\frac {W}{m^{2} K}}\). 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.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Manladan SM, Yusof F, Ramesh S, Fadzil M, Luo Z, Ao S (2017) A review on resistance spot welding of aluminum alloys. Int J Adv Manuf Technol 90:605–634CrossRef Manladan SM, Yusof F, Ramesh S, Fadzil M, Luo Z, Ao S (2017) A review on resistance spot welding of aluminum alloys. Int J Adv Manuf Technol 90:605–634CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Dilthey U (2006) Schweißtechnische Fertigungsverfahren - 1 Schweiß- und Schneidtechnologien, 3rd edn. Springer, Berlin Dilthey U (2006) Schweißtechnische Fertigungsverfahren - 1 Schweiß- und Schneidtechnologien, 3rd edn. Springer, Berlin
3.
Zurück zum Zitat Phillips DH (2016) Welding engineering—an introduction. Wiley, New YorkCrossRef Phillips DH (2016) Welding engineering—an introduction. Wiley, New YorkCrossRef
4.
Zurück zum Zitat DVS-Merkblatt 2902-1 (2001) DVS-Merkblatt 2902-1: Widerstandspunktschweißen von Stählen bis 3 mm Einzeldicke - Übersicht DVS-Merkblatt 2902-1 (2001) DVS-Merkblatt 2902-1: Widerstandspunktschweißen von Stählen bis 3 mm Einzeldicke - Übersicht
5.
Zurück zum Zitat Karimi MR, Sedighi M, Afshari D (2015) Thermal contact conductance effect in modeling of resistance spot welding process of aluminum alloy 6061-T6. Int J Adv Manuf Technol 77:885–895CrossRef Karimi MR, Sedighi M, Afshari D (2015) Thermal contact conductance effect in modeling of resistance spot welding process of aluminum alloy 6061-T6. Int J Adv Manuf Technol 77:885–895CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Khan JA, Broach K, Arefin Kabir AAS (2000) Numerical thermal model of resistance spot welding in aluminum. J Thermophys Heat Tr 14(1):88–95CrossRef Khan JA, Broach K, Arefin Kabir AAS (2000) Numerical thermal model of resistance spot welding in aluminum. J Thermophys Heat Tr 14(1):88–95CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Wan Z, Wang H-P, Wang M, Carlson BE, Sigler DR (2016) Numerical simulation of resistance spot welding of Al to zinc-coated steel with improved representation of contact interactions. Int J Heat Mass Tran 101:749–763CrossRef Wan Z, Wang H-P, Wang M, Carlson BE, Sigler DR (2016) Numerical simulation of resistance spot welding of Al to zinc-coated steel with improved representation of contact interactions. Int J Heat Mass Tran 101:749–763CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Greitmann MJ (2002) Grundlegende Untersuchung zur Kontaktsituation beim Widerstandspunktschweißen - Abschlussbericht. Forschungsvorhaben AIF-Nr. 12.617N / DVS-Nr. 4.023, Staatliche Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart Greitmann MJ (2002) Grundlegende Untersuchung zur Kontaktsituation beim Widerstandspunktschweißen - Abschlussbericht. Forschungsvorhaben AIF-Nr. 12.617N / DVS-Nr. 4.023, Staatliche Materialprüfungsanstalt (MPA) Universität Stuttgart
9.
Zurück zum Zitat Browne DJ, Chandler HW, Evans JT, Wen J (1995) Computer simulation of resistance spot welding in aluminum: part l. Weld J 74(10):339–344 Browne DJ, Chandler HW, Evans JT, Wen J (1995) Computer simulation of resistance spot welding in aluminum: part l. Weld J 74(10):339–344
10.
Zurück zum Zitat Moshayedi H, Sattari-Far I (2012) Numerical and experimental study of nugget size growth in resistance spot welding of austenitic stainless steels. J Mater Process Technol 212(2):347–354CrossRef Moshayedi H, Sattari-Far I (2012) Numerical and experimental study of nugget size growth in resistance spot welding of austenitic stainless steels. J Mater Process Technol 212(2):347–354CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Luo Z, Yan F, Li Y, Bai Y, Yao Q, Tan H (2015) Numerical and experimental study on nugget formation process in resistance spot welding of aluminum alloy. Trans Tianjin Univ 21(2):135–139CrossRef Luo Z, Yan F, Li Y, Bai Y, Yao Q, Tan H (2015) Numerical and experimental study on nugget formation process in resistance spot welding of aluminum alloy. Trans Tianjin Univ 21(2):135–139CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Mirzaei F, Ghorbani H, Kolahan F (2017) Numerical modeling and optimization of joint strength in resistance spot welding of galvanized steel sheets. Int J Adv Manuf Technol 92:3489–3501CrossRef Mirzaei F, Ghorbani H, Kolahan F (2017) Numerical modeling and optimization of joint strength in resistance spot welding of galvanized steel sheets. Int J Adv Manuf Technol 92:3489–3501CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Wang J, Wang HP, Lu F, Carlson BE, Sigler DR (2015) Analysis of Al-steel resistance spot welding process by developing a fully coupled multi-physics simulation model. Int J Heat Mass Tran 89:1061–1072CrossRef Wang J, Wang HP, Lu F, Carlson BE, Sigler DR (2015) Analysis of Al-steel resistance spot welding process by developing a fully coupled multi-physics simulation model. Int J Heat Mass Tran 89:1061–1072CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Gupta OP, De A (1998) An improved numerical modeling for resistance spot welding process and its experimental verification. J Manuf Sci Eng 120(2):246–251CrossRef Gupta OP, De A (1998) An improved numerical modeling for resistance spot welding process and its experimental verification. J Manuf Sci Eng 120(2):246–251CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Kaars J (2017) Zur Thermomechanik des Widerstandspunktschweißens von Vergütungsstahl am Blechstoß mit Spalt. Dissertation, TU Chemnitz Kaars J (2017) Zur Thermomechanik des Widerstandspunktschweißens von Vergütungsstahl am Blechstoß mit Spalt. Dissertation, TU Chemnitz
16.
Zurück zum Zitat Piott M, Werber A, Schleuss L, Doynov N, Ossenbrink R, Michailov V G (2019) Electrical contact resistance model for aluminum resistance spot welding. In: Sommitsch C, Enzinger N, Mayr P (eds) Mathematical modelling of weld phenomena 12, Verlag der Technischen Universität Graz, pp 711–728 Piott M, Werber A, Schleuss L, Doynov N, Ossenbrink R, Michailov V G (2019) Electrical contact resistance model for aluminum resistance spot welding. In: Sommitsch C, Enzinger N, Mayr P (eds) Mathematical modelling of weld phenomena 12, Verlag der Technischen Universität Graz, pp 711–728
Metadaten
Titel
A study of the heat transfer mechanism in resistance spot welding of aluminum alloys AA5182 and AA6014
verfasst von
Michael Piott
Alexandra Werber
Leander Schleuss
Nikolay Doynov
Ralf Ossenbrink
Vesselin G. Michailov
Publikationsdatum
25.09.2020
Verlag
Springer London
Erschienen in
The International Journal of Advanced Manufacturing Technology / Ausgabe 1-2/2020
Print ISSN: 0268-3768
Elektronische ISSN: 1433-3015
DOI
https://doi.org/10.1007/s00170-020-05650-x

Weitere Artikel der Ausgabe 1-2/2020

The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 1-2/2020 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.