電極壓力對(duì)TRIP800點(diǎn)焊焊接接頭組織性能的影響

姜秋月

0 引言

TRIP鋼具有良好的抗拉強(qiáng)度和延伸率，且其沖壓成型性能好，被認(rèn)為是新一代最佳高強(qiáng)度汽車板用鋼［1－2］。TRIP鋼具有較高的碳當(dāng)量，焊后硬化可能性更高，因此其焊接性能一直被汽車制造商密切關(guān)注［3］。本研究對(duì)冷軋高強(qiáng)度TRIP800鋼板進(jìn)行了一系列點(diǎn)焊工藝、金相分析和剪切試驗(yàn)分析。探討了不同電極壓力條件下TRIP800的焊接性能，確定了TRIP800較為合理的點(diǎn)焊規(guī)范參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為TRIP800－1.8mm高強(qiáng)度汽車用冷軋TRIP鋼，化學(xué)成分見表1所示。力學(xué)性能指標(biāo)見表2。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)

對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼進(jìn)行不同工藝條件下的搭接點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為YR500C型腳踏開關(guān)氣動(dòng)加壓式焊機(jī)、YF0201－22電阻控制器。點(diǎn)焊試樣如圖1所示。

試驗(yàn)的焊接工藝參數(shù)見表3。選擇焊接時(shí)間、焊接電流和電極壓力作為試驗(yàn)的重點(diǎn)工藝參數(shù)，考察焊接時(shí)間、焊接電流和電極壓力對(duì)鋼板焊接性能的影響，以期獲得最佳焊接工藝參數(shù)。

表1 表1 TRIP鋼的化學(xué)成分表/w%

表2 TRIP鋼的力學(xué)性能指標(biāo)

圖1 電阻點(diǎn)焊焊接接頭試樣制備圖示

表3 焊接工藝參數(shù)

1.2.2 剪切實(shí)驗(yàn)

將點(diǎn)焊后的試樣放在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行點(diǎn)焊接頭的剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備為電子液壓萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)WDW－200最大載荷200kN。

1.2.3 金相組織觀察

對(duì)點(diǎn)焊焊接接頭的截面試樣，制成金相試樣，在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察并照相，試驗(yàn)設(shè)備為Ni－KonEPIPHOT300金相顯微鏡。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 電極壓力的變化對(duì)拉剪強(qiáng)度的影響

對(duì)在焊接電流為8kA，焊接時(shí)間為20cyc時(shí)，改變電極壓力進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)點(diǎn)焊進(jìn)行焊接接頭拉剪強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，拉剪力隨電極壓力的變化較焊接電流與焊接時(shí)間都要弱一些。

同焊接電流與焊接時(shí)間一樣點(diǎn)焊接頭的剪切力大小隨著電極壓力的增大而有小幅度的增大，當(dāng)電極壓力升高至400kgf時(shí)，剪切力達(dá)到最高值，繼續(xù)增大時(shí)間拉剪力反而下降。這是因?yàn)楫?dāng)電極壓力過(guò)小時(shí)，由于焊接區(qū)金屬的塑性變形范圍及變形程度不足，造成因電流密度過(guò)大，電阻增大及散熱較差而引起加熱速度大于塑性環(huán)擴(kuò)展速度，從而產(chǎn)生前期的飛濺而使拉剪性能下降。電極壓力增大時(shí)，板件—電極間的接觸改善，但是過(guò)大時(shí)，電阻減小，析熱減少，散熱加強(qiáng)，因而形核熱量較少，焊點(diǎn)熔核尺寸減小，特別是焊透率降低過(guò)快，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)未焊透。

圖2 電極壓力變化對(duì)拉剪強(qiáng)度的影響

2.2 電極壓力對(duì)焊接接頭組織的影響

對(duì)TRIP鋼鋼板按照點(diǎn)焊工藝：焊接電流為I＝8kA，焊接時(shí)間為20cyc時(shí)，電極壓力為Fw＝350kgf、400kgf、450kgf制備點(diǎn)焊接頭，用手鋸制備金相試樣，腐蝕試劑采用4%硝酸酒精溶液，腐蝕時(shí)間大約為7～8s，焊縫及熱影響區(qū)金相圖片如圖3～4所示。

（1）焊縫組織的對(duì)比

圖3 電極壓力的變化對(duì)焊縫組織的影響

（2）熱影響區(qū)組織的對(duì)比

圖4 電極壓力的變化對(duì)熱影響區(qū)組織的影響

從圖3、圖4可以看出，焊縫區(qū)均為板條狀馬氏體組織，熱影響區(qū)為馬氏體、鐵素體及少量的殘余奧氏體組織，由熱影響區(qū)組織變化知：隨著電極壓力的加長(zhǎng)，鐵素體比例變少而馬氏體增多。由圖可以看出，當(dāng)電極壓力為400kgf時(shí)，焊縫組織，熱影響區(qū)及全貌組織均為最好。

2.3 電極壓力的變化對(duì)顯微組織的影響

電極壓力對(duì)接頭的顯微硬度的影響較電流和時(shí)間的影響都要弱一些，對(duì)點(diǎn)焊工藝為I＝8kA，焊接時(shí)間為20cyc時(shí)，電極壓力為Fw＝350kgf、400 kgf、450kgf試樣采集顯微硬度數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 電極壓力對(duì)顯微硬度的影響

從圖中可以看出，在相同焊接電流（I＝8kA）

和焊接時(shí)間（T＝20cyc）的條件下，電極壓力也影響焊縫組織的顯微硬度。當(dāng)電極壓力為400kgf時(shí)，其顯微硬度值要高于電極壓力為350kgf與450kgf。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）電極壓力過(guò)小，使得電流密度過(guò)大，引起加熱速度大于塑形環(huán)擴(kuò)展速度，導(dǎo)致嚴(yán)重飛濺，降低了接頭強(qiáng)度；

（2）電極壓力過(guò)大，電流密度和接觸電阻減小，以致焊接熱量下降，出現(xiàn)熔核過(guò)小或者未焊透現(xiàn)象，降低了點(diǎn)焊接頭強(qiáng)度。

（3）TRIP800－1.8的點(diǎn)焊試驗(yàn)研究初步確定了TRIP800－1.8的最佳點(diǎn)焊工藝參數(shù)：焊接電流為8 000A，焊接時(shí)間為20cyc，電極壓力為400kgf。

［1］王四根，花禮先，王緒，等.低碳硅錳系冷軋相變誘發(fā)塑性鋼研究［J］.鋼鐵，1995，30（6）：48－51.

［2］王四根，花禮先，王緒.硅、錳系TRIP鋼成分及熱處理工藝的優(yōu)化［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，16（4）：325－329.

［3］韋習(xí)成，李麟，符仁鈕.TRIP鋼顯微組織與性能關(guān)系的評(píng)述［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2001，13（5）：71－76.