DC01與WHT700T異種汽車用鋼高速電阻縫焊研究

黃治軍 曾冰林 陳 宇

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080；2.武鋼冷軋總廠 湖北 武漢：430080)

0 引言

汽車輕量化要求使用高強(qiáng)度鋼，相變誘發(fā)塑性鋼(TRIP鋼)及雙相鋼(DP鋼)因其具有優(yōu)良的強(qiáng)塑性而備受青睞。兩種鋼可以采用相同化學(xué)成分的冷軋鋼經(jīng)不同的工藝軋制而成。用于生產(chǎn)TRIP鋼和DP鋼的冷軋?jiān)逡彩切枰附拥?，后者發(fā)生在軋制時(shí)進(jìn)行連續(xù)退火處理前、為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)而進(jìn)行的鋼卷與鋼卷的連接。電阻縫焊是連接方式之一。其焊接原理是將兩塊材料(帶鋼)搭接，通以適當(dāng)?shù)碾娏鳎诓牧献陨淼碾娮?、材料間及材料與電極間接觸部分的集中電阻上產(chǎn)生熱量，最終熔化而焊接起來。電阻縫焊的主要參數(shù)有焊接電流、焊接時(shí)間及焊輪壓力。

在實(shí)際生產(chǎn)中，無論是鋼的生產(chǎn)還是汽車焊接制造，都存在將不同強(qiáng)度鋼進(jìn)行電阻縫焊的需求。如鋼卷生產(chǎn)時(shí)，不同強(qiáng)度級別的鋼卷可能會排在一起進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)；汽車生產(chǎn)時(shí)，不同強(qiáng)度鋼板制成的部件需要焊接在一起。隨著鋼的強(qiáng)度不斷提高，焊接性能呈下降趨勢，但是如果將高強(qiáng)鋼與較低強(qiáng)度鋼進(jìn)行搭配焊接，接頭性能將優(yōu)于高強(qiáng)鋼同質(zhì)焊。合格的焊縫應(yīng)該表面平滑，且具有相應(yīng)的力學(xué)性能，具體要求根據(jù)應(yīng)用情況而定。本文研究的較低強(qiáng)度鋼與高強(qiáng)鋼異種鋼電阻縫焊的焊接性能將對生產(chǎn)和應(yīng)用有一定的指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)鋼為1.5mm規(guī)格WHT700T鋼及1.8mm規(guī)格DC01鋼，化學(xué)成分如表1所示。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分

DC01試驗(yàn)鋼力學(xué)性能如表2所示，WHT700T鋼樣的抗拉強(qiáng)度則達(dá)到700MPa以上。

表2 試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能

進(jìn)行了WHT700T與DC01異種鋼的電阻縫焊試驗(yàn)。焊接及檢驗(yàn)過程：卷端剪切→搭邊→電阻縫焊→滾壓→高溫氣體退火→焊縫試樣邊剪→杯突試驗(yàn)

焊接工藝參數(shù)如表3所示，傳統(tǒng)電阻縫焊相比[1]，它具有大電流、高焊速及高焊輪壓力的特點(diǎn)。

表3 焊接工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

焊接完畢后，檢查了焊縫外觀并進(jìn)行杯突試驗(yàn)。焊縫成形良好，沒有發(fā)生飛濺擠出、裂紋及縮/氣孔等缺陷，外觀如圖1(a)；杯突試驗(yàn)全部合格。

取接頭橫截面，進(jìn)行鑲樣、磨樣及拋光，采用3%硝酸酒精浸蝕，在光學(xué)顯微鏡下分析。各區(qū)組織圖1(b～f)所示。從圖1(b)可以看出，異種材質(zhì)鋼電阻縫焊時(shí)，接頭有四個(gè)區(qū)域：兩材料受熱后再結(jié)晶(少部分為近熔化狀態(tài))區(qū)域，在本文中稱為焊縫。其以中間兩試樣的結(jié)合部位為中心，形狀較為規(guī)則，試樣中的顯微形態(tài)有一定改變，沒有母材顯微形態(tài)的痕跡。但即使在近熔化狀態(tài)，兩種材料似乎也沒有發(fā)生混合，因?yàn)榭梢钥吹矫黠@的界線；再就是各自的高溫且已形變的熱影響區(qū)，母材中的帶狀組織在WHT700T一側(cè)(較薄、較暗側(cè))仍有明顯的痕跡，在DC01一側(cè)過熱區(qū)組織則有明顯的長大。焊接接頭顯示出明顯的高溫壓合組織。

從圖1(b～f)可以看出，DC01A鋼由于含碳量低、無合金元素，其焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生的都是鐵素體+少量珠光體，不過熱影響區(qū)鐵素體組織變粗。WHT700T鋼由于含碳量及合金元素均較高，其焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生的都是貝氏體組織。

圖1 縫焊接頭組織

對焊接接頭進(jìn)行了顯微硬度分析，測試線位于橫跨焊接接頭的1/2板厚處，測試間距為0.2mm。硬度分布曲線如圖2所示。可以看出，焊縫中心(兩材料的接合線)硬度最高，焊縫整體硬度高于母材，接合線兩側(cè)硬度分布明顯不對稱，WH700T一側(cè)高于DC01一側(cè)。

進(jìn)行了焊接接頭拉伸及冷彎試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。盡管DC01鋼試樣較厚，但由于其強(qiáng)度較低，拉伸試驗(yàn)斷于DC01母材。說明焊接強(qiáng)度滿足要求。

圖2 接頭硬度分布

表4 拉伸及冷彎試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

在大電流、高焊速及高焊輪壓力條件下，DC01與WHT700T搭配進(jìn)行電阻縫焊，焊縫成形良好，沒有發(fā)生飛濺擠出、裂紋及縮/氣孔等缺陷。焊接接頭具有優(yōu)良的強(qiáng)度及塑性。焊接接頭具有異質(zhì)材高溫壓合特點(diǎn)，焊縫腐蝕后顯現(xiàn)明顯分界線，焊縫兩側(cè)組織及顯微硬度明顯差別。

[1] 王文翰．焊接技術(shù)手冊[J]．鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社：2003.328-365.