合金化鍍鋅板連續(xù)點(diǎn)焊電極的變化

黃治軍 陳 宇 胡因洪 胡家國

（武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司研究院 湖北 武漢：430080）

合金化熱鍍鋅鋼板是上世紀(jì)60年代初由美國研制開發(fā)的，近年來隨著對防腐及焊接性要求的提高引起了人們的重視。合金化鍍鋅板是將鋼板在連續(xù)鍍鋅線熱鍍鋅后立即放入合金化退火爐中進(jìn)行合金化退火，可得到含鐵量為10%的鐵鋅合金層。合金化鍍鋅鋼板在保持良好耐蝕性的同時，其焊接性能也優(yōu)于一般鍍鋅鋼板。鍍層與基體的界面處為合金層，鍍層的相結(jié)構(gòu)隨鐵含量的變化而不同。近年來，在世界范圍內(nèi)，IF鋼合金化鍍鋅板被大量用作汽車的內(nèi)外面板，并逐漸取代以前被大量使用的電鍍Zn－Ni合金鍍層鋼板［1－3］。合金化鍍鋅鋼板（GA）比純鍍鋅鋼板（GI）的點(diǎn)焊工藝窗口要寬。在相同的連續(xù)點(diǎn)焊條件下，GI鋼板比GA鋼板電極壽命要短［4］。如果采用有預(yù)熱電流的焊接工藝，在熱鍍鋅雙相鋼的焊接試驗(yàn)中，得到了純鍍鋅鋼板焊接性能略好于合金化鍍鋅板的結(jié)果［5］。

鍍鋅鋼板在汽車制造的應(yīng)用過程中，連續(xù)點(diǎn)焊性能是較為重要的，它直接影響電極壽命、以及因在更換電極時造成自動化焊接中斷的頻度，進(jìn)而影響企業(yè)的生產(chǎn)率，因而汽車生產(chǎn)企業(yè)較為關(guān)心這一指標(biāo)。連續(xù)點(diǎn)焊的合格焊點(diǎn)數(shù)越多，說明鋼板材料及配套電極的連續(xù)點(diǎn)焊性能越好。合金化鍍鋅板基材及鍍層、焊接條件對連續(xù)點(diǎn)焊性能均有較大的影響，本文通過試驗(yàn)分析了合金化鍍鋅板在連續(xù)點(diǎn)焊試驗(yàn)中電極表面的變化以及焊點(diǎn)的變化。

1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)用合金化板基板以及冷軋板為IF鋼，主要成分為C≤0.010%，Si≤0.30%，Mn≤0.30%，連續(xù)點(diǎn)焊試樣規(guī)格為0.8mm×150mm×300mm。焊接試驗(yàn)方法為采用表1的點(diǎn)焊工藝及參數(shù)，對新電極取印跡，然后冷軋板25點(diǎn)、合金化板25點(diǎn)交替進(jìn)行連續(xù)點(diǎn)焊，點(diǎn)焊節(jié)拍為約30點(diǎn)／分鐘。每100點(diǎn)記錄電極的印跡，并點(diǎn)焊兩個剝離試樣，當(dāng)焊核直徑均值（長徑與短徑和的1／2）較小者小于或達(dá)到1000點(diǎn)時，停止焊接試驗(yàn)。觀察電極表面、印跡、焊點(diǎn)表面的變化。

表1 連續(xù)點(diǎn)焊試驗(yàn)工藝參數(shù)

焊機(jī)為三相次級整流固定點(diǎn)焊機(jī)TZ－3×40，以及MedWeld3000阻焊控制器。用DEP－100S編程器將表1的程序及參數(shù)寫入。采用了三種球面銅電極，1＃是鉻銅，電極體直徑19mm，長65mm，端部平臺直徑6mm；2＃是鉻銅，電極體直徑19mm，長65mm，端部弧面直徑6mm；3＃是Al2O3彌散強(qiáng)化型電極帽，長20mm，直徑16mm，端部弧面直徑6mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 電極的變化

連續(xù)點(diǎn)焊時，由于合金化鍍鋅層的侵蝕以及受熱加壓，電極直徑不斷變大，電極直徑增加，電流密度減小，超過形核臨界值后，就會影響焊點(diǎn)的正常形核，因此電極直徑是個重要的參數(shù)。圖1顯示在（25點(diǎn)冷板＋25點(diǎn)鍍鋅板）交替焊接每100點(diǎn)時上電極的印跡變化。

圖1 不同焊點(diǎn)數(shù)時的上電極印跡

圖2為電極印跡直徑隨焊點(diǎn)數(shù)的變化。可以看出，就直徑增大的趨勢而言，1＃最慢，3＃最快，2＃居中。表明電極端面為弧形且電極尺寸較小時，電極端面印跡直徑隨焊點(diǎn)數(shù)的增加而增加的較快。觀察電極的印跡直徑可知，端面為弧面的電極起始印跡直徑為平面電極的80%，面積則只為64%，2＃電極印跡直徑在焊接1000點(diǎn)后與1＃電極400點(diǎn)時基本相同。因此，可以說，在電極主體尺寸相同且點(diǎn)焊工藝相同時，端面為弧面的電極更適宜焊接鍍鋅板。

圖2 電極印跡直徑隨焊點(diǎn)數(shù)的變化

除電極端面直徑變化外，電極端面的成分也發(fā)生變化且很不均勻，這一點(diǎn)從電極端面各部分的顏色不一可以看出，有的地方呈白色，有的地方呈暗色，如圖3。由于電極端面不同部位的成分不同，導(dǎo)致表面接觸電阻有較大的差異。電阻小的地方電流大，熱量較多；電阻大的地方電流小，熱量較少。電流及熱量在端面上的分布很不規(guī)則，將導(dǎo)致焊點(diǎn)形狀不規(guī)則。特別是當(dāng)焊點(diǎn)中間工件間的接觸不緊密且電阻變大、電極端面?zhèn)冗呎掣絑n等金屬時，中部的電流減少，盡管總體電流基本沒有變化，但電流分流，形成不良焊點(diǎn)的可能性增加。

圖3 焊后電極端面形貌

2.2 焊點(diǎn)外觀的變化

圖4為一個25點(diǎn)連續(xù)打點(diǎn)周期開始及結(jié)束時的焊點(diǎn)表面形貌。可以看出，1＃焊點(diǎn)表面積最小，熱量主要集中在焊點(diǎn)中心，因而焊點(diǎn)中心受熱最為明顯，顏色最深，在這種情況下，容易形成有效的焊點(diǎn)。隨著焊點(diǎn)數(shù)的增加（從左至右），焊點(diǎn)表面逐步擴(kuò)大，加熱面積逐步增加，而焊點(diǎn)中心加熱減少，直接表現(xiàn)為焊點(diǎn)中心表面的顏色變淺（24＃及25＃）。隨著焊點(diǎn)數(shù)的增加，形成無效焊點(diǎn)的可能性增加。

圖4 連續(xù)打點(diǎn)焊點(diǎn)表面狀態(tài)

3 結(jié) 論

通過合金化鍍鋅板連續(xù)點(diǎn)焊試驗(yàn)，就電極及焊點(diǎn)的變化得出如下結(jié)論：

（1）合金化板點(diǎn)焊時，隨著點(diǎn)焊數(shù)的增加，電極直徑增加。對于端面為弧面的電極，雖然其電極印跡直徑增速較快，但由于開始時比較小，在同樣的焊接參數(shù)條件下，這種電極對合金化板連續(xù)點(diǎn)焊的適應(yīng)性更強(qiáng)。

（2）合金化鍍鋅板連續(xù)點(diǎn)焊時，電極直徑增加、電極表面成分變化得不均勻、電極表面凹凸不平、以及電極鍘面吸附Zn等金屬，將造成有效點(diǎn)焊電流密度減小、電流分布不規(guī)則，增加點(diǎn)焊不合格的趨勢。

［1］N.Morito.汽車用合金化鍍鋅鋼板的最新發(fā)展.國外鋼鐵［J］.1997，（1）：41－45.

［2］張啟富，劉邦津.IF鋼合金化鍍鋅板鍍層相結(jié)構(gòu)對其性能影響研究的新進(jìn)展［J］.鋼鐵，2002，（12）：65－68.

［3］陳 宇，張彥文，王立輝.超深沖合金化熱鍍鋅鋼DX53D＋ZF的組織結(jié)構(gòu)分析［J］.武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，21（2）：1－4.

［4］林浩磊，沈 潔，張延松，等.汽車用鍍鋅鋼板電阻點(diǎn)焊可焊性的研究［J］.汽車工程，2011，33（6）：549－552.

［5］傅延安，張 紅，潘 華.熱鍍鋅雙相高強(qiáng)度鋼電阻點(diǎn)焊焊點(diǎn)力學(xué)性能的研究［J］.寶鋼技術(shù)，2005，（1）：46－49.