電阻焊:基礎(chǔ)與應(yīng)用(第二版)
定 價:150 元
叢書名:普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材普通高等院校工程實踐系列規(guī)劃教材
- 作者:張洪延著
- 出版時間:2017/2/1
- ISBN:9787030502339
- 出 版 社:科學(xué)出版社
- 中圖法分類:TG453
- 頁碼:364
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
《電阻焊:基礎(chǔ)與應(yīng)用(第2版)》是基于張洪延教授和Jacek Serlkara教授的的英文專著(Resistance Weldirlg:Furidamerltals and Applicatiorls,2nd edition)翻譯、擴展而成。它系統(tǒng)地介紹了電阻焊涉及的所有關(guān)鍵過程。從基本原理出發(fā),對焊接過程中的重要現(xiàn)象進行了深入、細致的探索。并以工業(yè)實際應(yīng)用和研發(fā)項目為例,對電阻焊研究中的各種方法作了全面的介紹。
《電阻焊:基礎(chǔ)與應(yīng)用(第2版)》共分十章,包括焊接冶金(第一章),焊接中的電、熱過程(第二章),焊接缺陷(第三章),力學(xué)試驗(第四章),焊接過程的監(jiān)測和控制(第五章),焊接質(zhì)量及檢測(第六章),焊接中的飛濺(第七章),焊機機械特性的影響(第八章),電阻焊的數(shù)值模擬(第九章),以及焊接過程的統(tǒng)計學(xué)分析(第十章)。書中提供的很多方法有廣泛的適用性。如力學(xué)試驗,飛濺過程的模擬及分析,以及統(tǒng)計學(xué)方法都可以應(yīng)用到其它研究領(lǐng)域中。
《電阻焊:基礎(chǔ)與應(yīng)用(第2版)》可以作為從事焊接研究專業(yè)人員的參考,也可以用作為相關(guān)專業(yè)本科高年級學(xué)生和研究生的教科書。
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電阻焊是一種古老,但至今仍然占據(jù)重要地位的材料連接技術(shù)。由于它發(fā)生在板材內(nèi)部,無法直接觀察,而且焊接過程中焊核的溫度很高,升、降溫速度極快,平衡態(tài)理論只能起一定程度上的指導(dǎo)作用。這使得電阻焊的研究大多是實驗性質(zhì)的,而且通常是針對生產(chǎn)中特定的實際問題進行的。電阻焊過程的復(fù)雜性也導(dǎo)致了這方面的研究缺乏系統(tǒng)性。本書著者暨英文專著原作者之一,在參與解決大量的工業(yè)實際問題的過程中,特別關(guān)注了焊接過程的機理、焊接質(zhì)量和測試,以及實驗結(jié)果的分析,對電阻焊進行了系統(tǒng)的研究。在長期的教學(xué)和科研實踐中,著者深切地體會到電阻焊行業(yè)缺乏一部能夠提供全面、系統(tǒng)知識的專著。之前的關(guān)于電阻焊的著作常以手冊的形式出現(xiàn)。它們通常只告訴讀者怎么做,而不解釋為什么要那么做。如果讀者想獲得更多的了解,就必須查閱大量的相關(guān)文獻,既費時又費力。當然這是有其專業(yè)原因的。電阻焊過程涉及電氣、冶金、熱學(xué)及力學(xué)等諸多方面,很難從單一專業(yè)的角度獲得對焊接過程的全面了解。更重要的是這些過程之間不是相互獨立的,而忽視它們之間的相互作用可能導(dǎo)致完全錯誤的結(jié)論。因此,著者決定根據(jù)自己多年來在電阻焊領(lǐng)域的研究體會、與眾多合作者的交流及共同的研究成果,以及公開發(fā)表的文獻編寫一部能夠全面、系統(tǒng)地介紹電阻焊的基本原理及應(yīng)用的著作,作為對自己在這方面工作的一個總結(jié),并為從業(yè)者提供一個便捷、可靠且可以借以拓展的工具。英文版的第一版、第二版的出版及同行的關(guān)注和鼓勵證明了這個目的已經(jīng)達到了。值得一提的是,雖然本書是關(guān)于電阻焊的,但其采用的研究方法,如處理類似電阻焊這種復(fù)雜工程問題的角度,以及統(tǒng)計分析方法的步驟等有一定的普遍意義,可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域的研究中。
本書共分10章。第1章,焊接冶金。主要描述電阻焊涉及的金屬材料的冶金特性,包括鋼、鋁、鎂和銅及它們的熔化/凝固和固體相變過程。著重分析它們與焊接過程、焊點結(jié)構(gòu)及焊接質(zhì)量的關(guān)系。這一章對理解其他章節(jié)中的各種過程和現(xiàn)象提供了必要的知識儲備。第2章,焊接中的電、熱過程。電阻焊實際上就是一個加熱。冷卻過程。各種焊接參數(shù)對焊接過程的影響體現(xiàn)在它們在焦耳加熱過程和冷卻中所起的作用。從焊件各部分的電阻入手,對電阻焊中電流特性和熱量的產(chǎn)生進行全面的介紹,并以此為基礎(chǔ),對鋼、鋁材焊接的電極壽命進行詳細的探討,并介紹各種基于電一熱考慮的焊接過程的控制方法。第3章,焊點缺陷。電阻焊實踐中一個相當重要的目的是控制焊件中各種缺陷的產(chǎn)生。這一章詳細地介紹電阻點焊中可能出現(xiàn)的各種(肉眼可見的和內(nèi)部的)缺陷、它們的形成機理,以及抑制它們產(chǎn)生的方法。著重分析鋁合金焊接中常見但經(jīng)常忽視的一種在熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的裂紋的生成機理,并描述減少以至于消除這種裂紋的辦法及實驗驗證。第4章,力學(xué)試驗。電阻點焊的特點決定其質(zhì)量檢測在很大程度上是通過力學(xué)試驗來完成的。這一章系統(tǒng)地介紹在生產(chǎn)環(huán)境和實驗室條件下對電阻焊件所進行的各種試驗,包括準靜態(tài)試驗(拉伸一剪切、拉伸、剝離等)和動態(tài)試驗(疲勞和沖擊)。第5章,電阻焊接過程的監(jiān)控。詳細介紹用于電阻焊過程監(jiān)測的各種方法,包括電信號、力學(xué)信號、聲學(xué)信號等,以及它們與焊點形成過程之間的關(guān)系。由此導(dǎo)出控制電阻焊的各種離線和在線方法。除了一些傳統(tǒng)的方法,如通過電流、電壓信號等的監(jiān)測和控制,還系統(tǒng)地介紹一些先進的方法,如基于人工神經(jīng)元的控制過程等。第6章,焊接質(zhì)量和檢測方法。基于焊件的幾何特征、力學(xué)性能和焊接的過程特征等幾個方面與焊接質(zhì)量的關(guān)聯(lián)對焊接質(zhì)量進行定義。系統(tǒng)地介紹用于焊接質(zhì)量檢測的破壞性試驗(如鑿子分離試驗)和無損檢測方法(如超聲波檢測等)。第7章,電阻點焊過程中的飛濺現(xiàn)象。人們常常把飛濺作為一種焊接缺陷對待。由于它對焊接過程、電極和焊接質(zhì)量的負面影響,專門使用一章的篇幅來探討飛濺的機理、對焊接過程和焊接質(zhì)量的影響及控制方法。系統(tǒng)地總結(jié)、比較各種飛濺模型的機理、優(yōu)缺點和適用范圍。對較易出現(xiàn)飛濺且對質(zhì)量影響較大的鋁、鎂的焊接過程進行詳細介紹。
第8章,焊機機械特性的影響。由于電阻焊的主要過程——焦耳生熱是焊接電流和時間的直接結(jié)果,人們常常忽略焊機的機械結(jié)構(gòu)對焊接過程的影響。這一章考慮對焊接過程有潛在影響的機械因素,如運動部件的質(zhì)量、摩擦等。通過對焊機進行改造,確定這些因素對焊接過程和焊點質(zhì)量的影響。最后,詳細分析點焊機的機械特性導(dǎo)致的焊接參數(shù)的輸入和實際量值之間的差別。第9章,電阻焊的數(shù)值模擬。系統(tǒng)地比較用于電阻焊模擬的主要數(shù)值方法,即有限元法和有限差分法。著重介紹模擬力學(xué)、熱、電過程的算法,尤其是它們之間耦合關(guān)系的處理。最后,用大量的實例介紹焊接過程、焊接條件、接觸電阻等對焊點的形成過程的影響。
第10章,電阻焊研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計、分析和推理。由于焊接過程中有很多不定因素,必須使用統(tǒng)計學(xué)的方法進行處理。這一章結(jié)合實際焊接實驗,針對焊接過程、焊接質(zhì)量檢測的特點,系統(tǒng)地介紹統(tǒng)計學(xué)的實驗設(shè)計過程、分析過程及推論過程。最后還詳細介紹針對計算機實驗的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計和分析。
本書的部分插圖保留了英文名稱,以方便讀者查閱參考文獻及利用網(wǎng)絡(luò)進行查詢。
本書的英文版是著者和著者的老朋友,華沙理工大學(xué)的JacekSenkara合著的。英文版的第一版出版(2006年)以后,著者便有把它翻譯成中文在國內(nèi)發(fā)表的想法。但由于繁重的教學(xué)、科研任務(wù),這個想法一直停留在構(gòu)思階段。直到英文版的第二版出版(2012年)以后,翻譯工作才列入個人的工作計劃。但由于沒有系統(tǒng)地學(xué)過焊接,而且焊接中很多習(xí)慣用詞在英漢字典或翻譯軟件里找不到合適的翻譯,著者的努力并沒有走太遠。終于在與科學(xué)出版社的王艷麗見面商定出版計劃,且得到《汽車工程學(xué)報》編輯段櫻提供必要的文字幫助的承諾以后,翻譯工作才真正啟動。經(jīng)過近兩年的努力,不計其數(shù)的修改,許多人的各種方式的投入,本書終于可以與讀者見面了。
將英文版(第二版)翻譯成中文并不是一個單純的翻譯過程。在翻譯過程中著者發(fā)現(xiàn)原版有一些說法不夠準確,一些章節(jié)需要對背景進行進一步的說明,還有一些研究方向在英文版(第二版)出版后又有了新的進展。這些因素決定了這本書的翻譯不是一個簡單地將中、英文一一對應(yīng)的過程,而是一個再創(chuàng)作的過程。這些“額外”的工作及著者不盡如人意的漢語水平使得翻譯工作成為一個巨大的“包袱”。在一些圖表的翻譯中,為了保證術(shù)語的準確性,防止引起混淆,本書保留了某些沒有對應(yīng)成熟中文名詞的英語稱謂。在過去的一年里,著者幾乎把所有的業(yè)余時間都投入這項工作。即使這樣,也難以保證現(xiàn)在與讀者見面的版本沒有疏漏與不足。
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張洪延,美國托萊多大學(xué)機械、工程與制造系終身教授。1984年于吉林大學(xué)數(shù)學(xué)系獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位,1987年獲工學(xué)碩士學(xué)位(中國科學(xué)院,金屬物理),1991年獲得博士學(xué)位(美國俄亥俄州立大學(xué),機械冶金)。先后在俄亥俄州立大學(xué)和密歇根大學(xué)從事博士后研究、任助理研究教授。在20多年的教學(xué)、研究中,發(fā)表了100多篇論文、專著、專業(yè)手冊的章節(jié)和行業(yè)標準等。主要研究方向是材料的連接。在眾多的學(xué)術(shù)機構(gòu)中任職,如美國《焊接》主審、美國焊接學(xué)會會士(Fellow,American Welding Society)。
目錄
第1章 焊接冶金 1
1.1 電阻焊的凝固過程 1
1.2 金屬的冶金特性 4
1.2.1 鋼 4
1.2.2 鋁合金 14
1.2.3 鎂合金 19
1.2.4 銅合金 24
1.3 焊件的脆化 30
1.3.1 液態(tài)金屬的脆化 32
1.3.2 氫脆 36
1.3.3 金屬間化合物導(dǎo)致的脆裂 37
1.4 裂化 40
1.4.1 凝固裂化 40
1.4.2 熔融裂化 41
1.4.3 腐蝕裂化 42
參考文獻 43
第2章 焊接中的電、熱過程 46
2.1 電阻焊的電學(xué)特性 46
2.1.1 體電阻 47
2.1.2 接觸電阻 47
2.1.3 總電阻 50
2.1.4 分流 51
2.2 電阻焊的熱學(xué)特性 51
2.3 電極壽命 53
2.3.1 鍍鋅鋼板的焊接 53
2.3.2 鋁合金的焊接 56
2.4 熱平衡 63
2.4.1 熱相似律 64
2.4.2 熱平衡定律 65
2.4.3 改進的熱平衡理論 66
2.4.4 實驗驗證 69
2.5 電流波形 71
2.5.1 單相交流電 72
2.5.2 單相直流電 78
2.5.3 三相直流電 80
2.5.4 中頻直流電 80
參考文獻 84
第3章 焊點缺陷 86
3.1 焊點缺陷的分類 86
3.1.1 外部缺陷 86
3.1.2 內(nèi)部缺陷 93
3.2 焊核內(nèi)孔洞的形成 95
3.2.1 氣泡 96
3.2.2 體積收縮效應(yīng) 99
3.3 鋁合金AA6111中的焊接裂化 100
3.4 鋁合金AA5754中的焊接裂化 102
3.4.1 鋁合金中的液相裂化 103
3.4.2 裂化機制 106
3.4.3 抑制裂化 112
參考文獻 116
第4章 力學(xué)試驗 118
4.1 引言 118
4.2 車間測試 120
4.2.1 鑿子分離試驗 120
4.2.2 剝離(滾筒)試驗 120
4.2.3 彎曲試驗 121
4.3 使用儀器對焊點進行測量 122
4.3.1 靜態(tài)測試 122
4.3.2 動態(tài)試驗 132
4.3.3 扭轉(zhuǎn)試驗 146
參考文獻 147
第5章 電阻焊接過程的監(jiān)控 149
5.1 引言 149
5.2 數(shù)據(jù)采集 150
5.3 焊接過程的監(jiān)測 151
5.3.1 焊接過程中通常采集的信號 152
5.3.2 自適應(yīng)噪聲消除 161
5.3.3 監(jiān)測信號和焊接工藝之間的關(guān)系 164
5.4 焊接過程的控制 170
5.4.1 葉形圖 170
5.4.2 恒功率密度控制 176
5.4.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 181
5.4.4 電流分級遞進 185
參考文獻 187
第6章 焊接質(zhì)量和檢測方法 189
6.1 焊接質(zhì)量 189
6.1.1 焊點特征 189
6.1.2 焊接質(zhì)量要求 190
6.1.3 焊點屬性和強度之間的關(guān)系 194
6.2 破壞性試驗 200
6.2.1 剝離試驗 201
6.2.2 鑿子分離試驗 201
6.2.3 金相檢驗 201
6.3 無損評價 203
6.3.1 A型超聲波掃描 203
6.3.2 B型超聲波掃描 210
6.3.3 使用B超系統(tǒng)檢測各種焊點 213
6.3.4 冷焊點的鑒定法 215
6.3.5 焊點特征和焊接強度之間的關(guān)系 219
參考文獻 220
第7章 電阻點焊過程中的飛濺現(xiàn)象 223
7.1 飛濺對焊點質(zhì)量的影響 224
7.2 飛濺的機理和檢測 227
7.3 飛濺的預(yù)測與避免 228
7.3.1 幾何比較模型 229
7.3.2 力平衡模型 230
7.3.3 通過HAZ內(nèi)的熔融液態(tài)網(wǎng)絡(luò)的飛濺 239
7.3.4 飛濺的統(tǒng)計模型 245
7.3.5 總結(jié) 248
7.4 實例 249
7.4.1 力平衡模型的應(yīng)用 249
7.4.2 統(tǒng)計模型的應(yīng)用 254
參考文獻 264
第8章 焊機機械特性的影響 266
8.1 引言 266
8.2 典型焊機的機械特性 266
8.3 焊機剛度的影響 268
8.3.1 對電極力的影響 269
8.3.2 對電極位移的影響 269
8.3.3 對電極與板材接觸過程的影響 270
8.3.4 對焊點形成的影響 271
8.3.5 對焊接強度的影響 271
8.3.6 對電極對中度的影響 271
8.3.7 焊機剛度和阻尼的估計 272
8.4 摩擦的影響 276
8.4.1 對電極力的影響 277
8.4.2 對電極位移的影響 278
8.4.3 對微觀結(jié)構(gòu)的影響 278
8.4.4 對拉伸-剪切強度的影響 279
8.5 運動部件質(zhì)量的影響 280
8.5.1 動態(tài)力的分析 280
8.5.2 對焊接質(zhì)量的影響 282
8.6 焊接周期內(nèi)電極的跟進 283
8.6.1 熱膨脹 283
8.6.2 氣缸的影響 284
8.7 電極擠壓時間和夾持時間的測量 289
8.8 其他因素 292
8.8.1 電極的對中及工件的結(jié)合 292
8.8.2 電極力 294
8.8.3 材料 295
參考文獻 297
第9章 電阻焊的數(shù)值模擬 298
9.1 簡介 298
9.1.1 有限差分和有限元法之間的比較 298
9.1.2 模擬電阻焊過程的方法 300
9.2 電-熱-力的耦合分析 302
9.2.1 通用(三維)的有限元模型 302
9.2.2 電氣過程的公式 302
9.2.3 熱傳導(dǎo)過程的公式 303
9.2.4 邊界條件 303
9.2.5 熱-力分析的框架 304
9.2.6 熔化和凝固的模擬 304
9.2.7 有限元公式 304
9.2.8 二維有限元分析 305
9.2.9 軸對稱問題 307
9.3 接觸性質(zhì)和接觸面積的模擬 307
9.4 其他因素的模擬 310
9.4.1 鋅涂層的影響 310
9.4.2 電流波形的影響 310
9.5 模擬焊點微觀結(jié)構(gòu)的演變 311
9.5.1 冷卻速度的影響 311
9.5.2 HAZ中的微觀結(jié)構(gòu)演變 312
9.5.3 焊核微觀結(jié)構(gòu)的模擬 313
9.5.4 模擬點焊焊件內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)演變的實例 314
9.6 電阻焊過程的數(shù)值模擬實例 315
9.6.1 案例一:電極表面幾何形狀的效應(yīng) 315
9.6.2 案例二:使用耦合與非耦合算法之間的差異 317
9.6.3 案例三:電極軸向錯位的影響 317
9.6.4 案例四:球面電極的角偏心的影響 319
參考文獻 321
第10章 電阻焊研究的統(tǒng)計學(xué)設(shè)計、分析和推理 324
10.1 引言 324
10.2 基本概念和步驟 325
10.2.1 數(shù)據(jù)采集 325
10.2.2 統(tǒng)計建模和數(shù)據(jù)分析 326
10.2.3 推斷或決策 326
10.3 具有連續(xù)響應(yīng)的實驗 327
10.3.1 統(tǒng)計設(shè)計 327
10.3.2 分析與建模 330
10.3.3 推理和決策 333
10.3.4 兩級滑動層次實驗 340
10.4 分類響應(yīng)實驗 347
10.4.1 實驗設(shè)計 348
10.4.2 分析與建模 348
10.4.3 推理和決策 349
10.5 計算機模擬實驗 355
10.5.1 實驗設(shè)計 356
10.5.2 分析與建模 356
10.6 總結(jié) 363
參考文獻 363
彩圖