雙相不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊接頭組織和性能

陸鳳君

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博256414）

雙相不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊接頭組織和性能

陸鳳君

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東淄博256414）

采用電阻點(diǎn)焊對(duì)2205不銹鋼進(jìn)行焊接，通過金相顯微鏡、掃描電鏡和萬能試驗(yàn)機(jī)研究了焊接接頭組織和性能。結(jié)果表明，雙相不銹鋼電阻點(diǎn)焊當(dāng)焊接電流過大時(shí)，接頭易產(chǎn)生飛濺和裂紋缺陷。焊接電流較小時(shí)，柱狀晶從熔合線附近形成并延伸至結(jié)合面。隨著焊接電流的增加，柱狀晶組織變小，接頭韌性提高。隨著焊接電流的增加，雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭剪切力先增加后減小，焊接電流9.5 kA時(shí)達(dá)到最大值15.4 kN。接頭斷口由解理斷裂向韌性斷裂轉(zhuǎn)變。焊接電流超過11.5 kA時(shí)，斷口出現(xiàn)裂紋。

雙相不銹鋼；電阻點(diǎn)焊；焊接電流；拉剪力

0 前言

雙相不銹鋼由于具有特殊的耐腐蝕性能和機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于核電、石油化工、汽車運(yùn)輸?shù)裙I(yè)[1]。采用雙相不銹鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的304奧氏體不銹鋼薄板，可以降低鐵道車輛的重量，節(jié)約能源[2]。

電阻點(diǎn)焊通過在焊接壓力作用下對(duì)局部被焊工件通電產(chǎn)生熱量，具有操作簡單、工作效率高等特點(diǎn)，在制造業(yè)、汽車工業(yè)等薄板焊接構(gòu)件中應(yīng)用廣泛[3]。國內(nèi)外針對(duì)不銹鋼焊接的研究主要集中在中厚板焊接工藝和性能，對(duì)不銹鋼薄板焊接關(guān)注較少[4]。隨著不銹鋼車體的使用越來越多，不銹鋼的電阻點(diǎn)焊成為迫切需要解決的課題[5]。本研究以2205雙相不銹鋼為研究對(duì)象，研究點(diǎn)焊接頭組織和性能，為雙相不銹鋼薄板焊接提供試驗(yàn)基礎(chǔ)，以擴(kuò)大雙相不銹鋼在鐵道車輛中的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)?zāi)覆臑閲鴥?nèi)某鋼廠生產(chǎn)的2205雙相不銹鋼，供貨狀態(tài)為熱軋態(tài)，試樣尺寸為2.5 mm×40 mm× 110 mm，試驗(yàn)材料化學(xué)成分如表1所示。焊接前用砂紙打磨表面去除表面氧化膜，并用酒精清洗去除表面油污。采用DBZ-160中頻點(diǎn)焊機(jī)進(jìn)行焊接，采用錐形電極，電極材料為CuZrCr，端面直徑8 mm。選定焊接壓力3 kN，焊接時(shí)間200 ms，焊接電流7.5～11.5 kA。

表1 試驗(yàn)材料2205化學(xué)成分Tab.1Chemical composition of tested materials 2205％

采用線切割將點(diǎn)焊接頭從熔核中心切開，切取20 mm×10 mm試樣，經(jīng)鑲嵌后，依次用200、400、800、1 200#砂紙拋光，經(jīng)超聲清洗、烘干，使用40％NaOH溶液電解腐蝕。采用金相顯微鏡和掃描電鏡觀察點(diǎn)焊接頭微觀組織。采用萬能試驗(yàn)機(jī)測試點(diǎn)焊接頭拉剪力，拉伸試驗(yàn)按GB/T2651-1989標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，每個(gè)試驗(yàn)樣品取3個(gè)值的平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 點(diǎn)焊接頭缺陷

圖1a為焊接電流11.5 kA，焊接時(shí)間200 ms，焊接壓力0.6MPa時(shí)的點(diǎn)焊接頭。由圖可見，雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭出現(xiàn)明顯的內(nèi)部飛濺。這是因?yàn)楹附与娏鬟^大時(shí)，電阻點(diǎn)焊熱輸入量較高，熔核區(qū)產(chǎn)生熱膨脹力增大，將電極向上下推移，熔核內(nèi)部液態(tài)金屬從塑性環(huán)薄弱處飛出發(fā)生飛濺。圖1b為雙相鋼電阻點(diǎn)焊接頭熔核中心出現(xiàn)裂紋，沿晶界向熔核中心擴(kuò)展。裂紋的存在對(duì)點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。

2.2 點(diǎn)焊接頭微觀組織

不同焊接電流時(shí)雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭熔核區(qū)微觀組織如圖2所示。由圖2可知，熔核組織主要由柱狀晶組成。點(diǎn)焊時(shí)，金屬熔化后開始結(jié)晶，逐步轉(zhuǎn)為內(nèi)部冷卻內(nèi)部結(jié)晶，晶體長大并形成柱狀晶。對(duì)比不同焊接電流的微觀組織可以看出，焊接電流對(duì)雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭微觀組織影響較大。當(dāng)焊接電流7.5 kA時(shí)，溫度梯度小，點(diǎn)焊時(shí)柱狀晶從熔核線附近長大并延伸至結(jié)合面，接頭塑性較差。焊接電流為9.5 kA時(shí)，點(diǎn)焊熱輸入量增加，塑性變形明顯，再結(jié)晶動(dòng)力大，熔核區(qū)晶粒變得細(xì)小，粗大的柱狀晶減小，此時(shí)接頭韌性較好。當(dāng)焊接電流為11.5 kA時(shí)，接頭存在縮孔，此時(shí)接頭產(chǎn)生飛濺，塑性環(huán)內(nèi)液態(tài)金屬減少，結(jié)晶時(shí)液態(tài)金屬補(bǔ)充不充分?？s孔的存在將降低接頭性能，因此點(diǎn)焊時(shí)焊接電流不宜過大。

圖1 點(diǎn)焊接頭缺陷Fig.1Defect in the spot welded joints

圖2 點(diǎn)焊接頭微觀組織Fig.2Microstructure of the spot welded joints

2.3點(diǎn)焊接頭拉剪力

不同焊接電流時(shí)雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭剪切力如圖3所示。由圖3可知，隨著焊接電路的增加，點(diǎn)焊接頭剪切力先增加后減小。焊接電流較小時(shí)，點(diǎn)焊熱輸入量少，熔核組織還來不及形成或生長較慢，熔核直徑較小，點(diǎn)焊接頭剪切力較?。浑S著焊接電流的增加，熱輸入增加，液態(tài)金屬量增多，形成的熔核組織較大，接頭剪切力增大，焊接電流10.5 kA時(shí)，點(diǎn)焊接頭剪切力達(dá)到最大值15.4 kN；進(jìn)一步增大焊接電流，熔核區(qū)加熱過快，熔核組織生長速度超出塑性環(huán)擴(kuò)張速度，有飛濺產(chǎn)生，熔核直徑減小，雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭剪切力下降。

圖3 點(diǎn)焊接頭拉剪力Fig.3Shear force of spot welded joints

2.4 點(diǎn)焊接頭斷口形貌

不同焊接電流下雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭斷口形貌如圖4所示。當(dāng)焊接電流7.5 kA時(shí)，接頭斷口形貌呈河流狀，屬于解理斷裂；焊接電流增加到9.5 kA時(shí)，點(diǎn)焊接頭奧氏體含量增加，點(diǎn)焊接頭斷口形貌出現(xiàn)大量韌窩，屬于韌性斷裂；當(dāng)焊接電流繼續(xù)增加至11.5 kA時(shí)，隨著焊接電流增大，散熱速度減小，從而冷卻速度降低，熔核內(nèi)部液態(tài)金屬飛出，熔核內(nèi)部組織晶界規(guī)律被破壞，產(chǎn)生應(yīng)力集中，斷口中出現(xiàn)裂紋。

圖4 點(diǎn)焊接頭斷口形貌Fig.4Fracture morphology of spot welded joints

3 結(jié)論

（1）雙相不銹鋼電阻點(diǎn)焊當(dāng)焊接電流過大時(shí)，接頭易產(chǎn)生飛濺和裂紋缺陷。

（2）雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭熔核區(qū)組織主要為柱狀晶。焊接電流較小時(shí)，柱狀晶從熔合線附近形成并延伸至結(jié)合面。隨著焊接電流增加，柱狀晶組織變小，接頭韌性提高。

（3）隨著焊接電流的增加，雙相不銹鋼點(diǎn)焊接頭剪切力先增加后減小。焊接電流9.5 kA時(shí)達(dá)到15.4 kN。接頭斷口形貌由解理斷裂向韌性斷裂轉(zhuǎn)變，焊接電流達(dá)到11.5 kA時(shí)，斷口出現(xiàn)裂紋。

[1]孫文山.雙相不銹鋼的進(jìn)展及其在工業(yè)中的應(yīng)用[J].兵器材料科學(xué)與工程,2001,24（4）：50-53.

[2]薛克仲.城市軌道車輛車體材料選擇[J].城市軌道交通研究,2003,13（1）:14-19.

[3]胡銀輝.DP1000高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊工藝及接頭組織和性能[M].吉林:吉林大學(xué),2013.

[4]張宇.焊條電弧焊雙相不銹鋼焊接接頭的耐蝕性研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,21（1）：20-21.

[5]劉永剛，韓曉輝，馬明菊，等.軌道車輛不銹鋼車體電阻點(diǎn)焊缺陷產(chǎn)生及預(yù)防工藝[J].電焊機(jī)，2012，42（4）：97-99.

Microstructure and properties of duplex stainless steel joints by resistance spot welding

LU Fengjun
（Shandong Vocational College of Industry，Zibo 256414，China）

I：n this paper，2205 duplex stainless steel was welded by resistance spot welding.The microstructure and properties of welded joints were studied by metallographic microscope，scanning electron microscope and universal testing machine.The results show that it is easy to produce spatter and cracks defects when the welding current is too large.As the welding current increases，the columnar grain structure gets smaller，joint toughness improves.With the increasing of welding current，the shear force of duplex stainless steel we lded joints increases firstly and then decreases.The maximum value of shear force obtains 15.4 kN at the welding current of 9.5 kA.The fracture mode is from cleavage fracture to ductile fracture transition.There are cracks when the welding current exceeds 11.5 kA.

duplex stainless steel；resistance spot welding；welding current；shear force

TG453+.9

A

1001-2303（2015）08-0207-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2015.08.45

2015-01-22；

2015-03-06

陸鳳君（1982—），男，江蘇鹽城人，講師，學(xué)士，主要從事鋼材組織和性能分析方面的工作。