汽車用熱鍍鋅鋼板DX53D+Z電阻點焊工藝

賈松青，張永強，劉興全，王 威

(首鋼技術研究院，北京 100043)

汽車用熱鍍鋅鋼板DX53D+Z電阻點焊工藝

賈松青，張永強，劉興全，王 威

(首鋼技術研究院，北京 100043)

深沖用熱鍍鋅鋼板DX53+Z具有耐腐蝕性的同時具備優(yōu)良的沖壓性能，廣泛應用于汽車制造領域。針對1 mm厚的熱鍍鋅鋼板DX53D+Z進行電阻點焊焊接工藝研究，目的是在不影響焊接質(zhì)量的前提下，提高焊接效率。試驗采用雙脈沖和單脈沖兩種焊接工藝，對比兩種焊接工藝下的焊接時間、可焊電流范圍，以及焊接接頭金相組織；對兩種焊接工藝下得到的焊接接頭進行抗剪試驗和硬度試驗、并對比焊接接頭的力學性能。提出了針對1 mm厚熱鍍鋅DX53D+Z的最優(yōu)電阻點焊參數(shù)，通過試驗結果可以看出，單脈沖焊接方式與雙脈沖焊接方式相比較，力學性能略有下降，但仍能滿足試驗要求，并且焊接效率提高20%。

汽車用熱鍍鋅鋼；點焊；雙脈沖；單脈沖

0 前言

深沖用熱鍍鋅鋼板DX53D+Z具有耐腐蝕性，沖壓性能優(yōu)良，已經(jīng)成為汽車制造用鋼板的熱門材料。在汽車制造業(yè)中，電阻點焊是主要的連接技術[1-2]。由于電阻點焊具有生產(chǎn)效率高、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，已經(jīng)在汽車工業(yè)中廣泛應用，并將成為汽車工業(yè)中鋼板的主要焊接方法[3]。熱鍍鋅鋼板的焊接一直是汽車制造領域的難點。本研究采用單雙兩種脈沖對比的焊接工藝，著重分析焊點質(zhì)量與焊接效率的關系，提出最優(yōu)的電阻點焊參數(shù)。

1 試驗材料和設備

1.1 試驗材料

試驗用材料為首鋼順義冷軋公司生產(chǎn)的深沖用熱鍍鋅鋼板DX53D+Z，鋼板規(guī)格為1 mm×40 mm× 160 mm，材料成分如表1所示，力學性能如表2所示。

表1 DX53D+Z化學成分 %

表2 DX53D+Z力學性能

1.2 試驗設備

試驗用焊接設備是WDN-200固定式交流點(凸)焊機，電極極頭材質(zhì)為CrZrCu，極頭直徑9 mm。點焊接頭試樣焊接成型后，取點焊接頭焊點的最大橫截面制備標準金相，金相試樣腐蝕試液為4%硝酸酒精溶液，使用Leica DMI5000M金相顯微鏡和照相設備觀察并采集顯微組織相片，并使用Leica HXHXD-1000TM顯微硬度測試儀采集顯微硬度數(shù)據(jù)。同時使用抗剪試驗設備Zwick-Z100，在Zwick 150 HFP 5100的疲勞試驗機上進行焊點的疲勞試驗。

2 試驗方法

焊接試驗具體參數(shù)如表3、表4所示，焊接后立刻將焊點撕裂，觀察焊核大小。試驗中所用到的可焊電流范圍下限為最小焊核直徑所對應的電流，可焊電流范圍上限為焊接時產(chǎn)生飛濺的臨界電流。通過計算可知最小焊核直徑為4 mm。由于焊件表面狀態(tài)、電極表面狀態(tài)等有所差別，所得電流值有一定差別，但在一個較小范圍內(nèi)變化，視為合理。焊接過程中電極充分水冷。

表3 雙脈沖焊接試驗參數(shù)

(1)雙脈沖焊接。焊接過程中預壓時間10周波，加壓時間30周波，第一脈沖10周波，冷卻時間3周波，第二脈沖13周波，完成一個焊點的全部焊接時間需要66周波，約1.32 s。

(2)單脈沖焊接。焊接過程中預壓時間10周波，加壓時間30周波，焊接時間13周波，完成一個焊點的全部焊接時間需要53周波，約1.06 s。

表4 單脈沖焊接電流和焊點直徑

3 結果和討論

3.1 焊接電流

通過對20個試樣進行抗剪拉伸試驗后，測量焊點形核直徑，結果如表3、表4所示。

由結果可知，采用雙脈沖焊接(見表3)，當焊接電流小于7 200 A時，未形成有效焊核，不合格；當焊接電流為7 200 A時，形核直徑為4.75 mm，大于4 mm的最小形核直徑，符合要求；當焊接電流繼續(xù)增大時，焊點直徑隨之增大，直到焊接過程出現(xiàn)火花飛濺，且焊接電流越大焊點形貌越規(guī)整，趨近于圓形，剝離破壞形式均為母材撕裂。當焊接電流大于8 600 A時，焊接時產(chǎn)生飛濺，可焊接電流范圍為7 200～8 600 A，電流跨度1 400 A，在此焊接范圍內(nèi)焊點能夠有效形成焊核并且不會出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。依據(jù)標準最優(yōu)焊接電流I＝8 400 A。焊點直徑隨焊接電流的增大而增大(見圖1)，焊點直徑范圍4.75～8.25 mm，最優(yōu)焊接電流8 400 A時焊點直徑為8.25 mm。

采用單脈沖焊接，可焊電流范圍和焊點直徑范圍如表4所示，焊接電流范圍7 800～8 600 A，電流跨度800 A，依據(jù)標準最優(yōu)焊接電流I＝8 400 A。焊點直徑隨焊接電流的增大而增大，焊點直徑范圍5.5～8.0 mm。

對比表3和表4可以發(fā)現(xiàn)，采用單脈沖焊接后，焊接效率大大提高，由66周波降為53周波，焊接效率提高約20%。采用單脈沖焊接后，焊接電流下限增加，可焊電流范圍減小。當焊接電流同為7600 A時，對比雙脈沖試樣與單脈沖試樣可知(見圖2)，采用雙脈沖試樣焊接質(zhì)量良好，焊點飽滿，呈圓形；采用單脈沖試樣焊接質(zhì)量較差，無明顯焊點。

圖1 焊接電流與焊點直徑的關系

圖2 焊接電流下限范圍內(nèi)不同焊接方式的焊核對比

雖然焊接范圍下限附近的焊接質(zhì)量區(qū)別較大，但在焊接范圍上限范圍內(nèi)，焊核質(zhì)量相差不大。焊接電流同為8600A時，雙脈沖試樣焊點與單脈沖試樣焊點的對比如圖3所示。可以看出，兩個焊點相差不大，均從母材撕裂，而且焊核呈圓形，焊點飽滿。

圖3 焊接電流上限范圍內(nèi)不同焊接方式的焊核對比

3.2 組織性能分析

選取兩種脈沖焊接方式下最優(yōu)的焊點進行組織對比，發(fā)現(xiàn)在焊點的焊核部位，單雙兩種脈沖方式所得到的組織都是鐵素體基體上分布著粒狀貝氏體，無明顯差異，單脈沖焊接條件下的晶粒尺寸要比雙脈沖時的晶粒尺寸略有增加，如圖4所示。主要原因是：單脈沖焊接時，只有一次能量注入的過程；而雙脈沖焊接時，能量分兩次注入，第一次屬于預熱過程。雙脈沖焊接注入的能量較大，導致焊核內(nèi)部奧氏體的溫度較高，促進奧氏體形核，因此冷卻后的焊核組織晶粒尺寸要比單脈沖條件下得到的晶粒尺寸小。

對比兩種脈沖焊接方式下焊點熱影響區(qū)的組織發(fā)現(xiàn)，單雙兩種脈沖方式所得到的組織都是鐵素體基體上分布著少量貝氏體。同樣也發(fā)現(xiàn)，單脈沖焊接方式下得到的熱影響區(qū)晶粒尺寸大于雙脈沖條件下的晶粒尺寸，如圖5所示。

3.3 力學性能分析

對單脈沖(8 400 A)試樣和雙脈沖(8 400 A)試樣焊縫進行硬度測量，測量位置見圖6a，從零點開始，沿實線每0.2mm測量一個點，共50個測量點；圖6b為每個測量點所測得的顯微硬度值[4]。母材組織硬度平均值150HV，而隨著組織中貝氏體含量的增加，硬度也隨之增加，在焊縫內(nèi)部，硬度達到最大；采用單脈沖得到的焊點平均硬度為300HV，明顯高于采用雙脈沖的焊點平均硬度260HV，兩者相差約15%。

圖4 兩種脈沖焊接方式的焊核內(nèi)部組織對比(8 400 A)

圖5 兩種脈沖焊接方式的焊點熱影響區(qū)組織對比(8 400 A)

圖6 焊縫硬度分布

選取單脈沖(8 400 A)試樣與雙脈沖(8 400 A)試樣做抗剪拉伸試驗進行對比分析，單脈沖試樣抗剪試驗的最大抗剪力7.18 kN，雙脈沖試樣抗剪試驗的最大抗剪力7.72 kN。選取的兩個試樣均在5 kN附近出現(xiàn)屈服。分析其原因，主要是雙脈沖試樣采用雙脈沖焊接方式，晶粒尺寸較小，導致最大抗剪力大于單脈沖試樣的最大抗剪力?？辜粼囼炂茐暮蟮脑嚇有蚊踩鐖D7所示，由圖7可知，破壞后的試樣焊點并沒有破壞，試樣破壞形式為母材撕裂。抗剪試驗說明，無論采取哪種焊接方式，焊點的抗剪性能均滿足要求。

通過力學試驗可以看出，采用單脈沖焊接得到的焊點其力學性能雖然相對于雙脈沖焊接方式的有所下降，但是能夠滿足使用要求。

4 結論

(1)對于1 mm厚熱鍍鋅DX53D+Z的電阻點焊接，采用雙脈沖焊接方式時，可焊接電流范圍7 200～8 600 A，電流跨度1 400 A，最優(yōu)焊接電流8 400 A；采用單脈沖焊接方式時，可焊電流范圍7800～8600A，電流跨度800 A，最優(yōu)焊接電流8 400 A。

圖7 抗剪試驗破壞后的試樣形貌(8 400 A)

(2)采用單脈沖焊接后，焊接效率大大提高，由66周波降為53周波，焊接效率提高約20%。

(3)單脈沖焊接方式下，試樣抗剪試驗的最大抗剪力7.18 kN；雙脈沖焊接方式下，試樣抗剪試驗最大抗剪力為7.72kN。兩種焊接方式下，試樣均在5kN出現(xiàn)屈服點。

(4)采用單脈沖焊接方式能夠有效提高焊接效率，焊接強度也滿足使用要求。

[1]楊思乾，張 勇，李京龍，等.TC3鈦合金的雙脈沖點焊試驗研究[J].新工藝·新技術·新設備，2002(11)：45-48.

[2]周 景，杜 坤.汽車鍍鋅板點焊規(guī)范研究[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，2007(12)：132-135.

[3]高建紅，王 敏，伍青青，等.TRIP590高強鋼板的點焊工藝性能研究[J].電焊機，2008，38(11)：27-31.

[4]王 威，張永強等.TRIP780高強鋼的點焊工藝性能[J].電焊機，2011，41(10)：73-76.

Research on resistance spot welding technology and properties of DX53D+Z hot-dip galvanized strips used in auto

JIA Song-qing，ZHANG Yong-qiang，LIU Xing-quan，WANG Wei
(Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China)

Hot-dip galvanized strips，DX53D+Z，with corrosion resistance and good stamping performance，were widely used in the field of automobile manufacturing.This paper used resistance spot welding of 1mm DX53D+Z hot-dip galvanized strips to improving the welding efficiency without affecting the welding quality.The paper used dipulse system and monopulse system，and compared the dissimilitude in welding time，current range and metallurgical structure between the two systems.After welding，the measures such as shear test，hardness test were used.Through the analysis，it got the optimal welding parameters.From the result，the mechanical properties of monopulse system decreased slightly to that of dipulse，but it still met the test requirements，and the welding efficiency was increased by 20%.

automobile hot-dip galvanized strips；resistance spot welding；dipulse system；monopulse system

TG453+.9

A

1001-2303(2012)04-0065-05

2011-11-28

賈松青(1982—)，男，遼寧鞍山人，工程師，碩士，主要從事冷軋汽車板焊接工藝研究。