熱成形板的點焊工藝研究

文／宿東坤，龍曲波·東風(武漢)實業(yè)有限公司

熱成形板的點焊工藝研究

文／宿東坤，龍曲波·東風(武漢)實業(yè)有限公司

汽車輕量化是未來汽車發(fā)展的主要方向，而高強度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面具有明顯的優(yōu)勢，能夠滿足汽車輕量化和提高碰撞安全性能的雙重需要，從成本與性能角度來看，是滿足車身輕量化、提高碰撞安全性的最佳材料。鋼板材料隨著技術的進步，從普通板材、高強度板、超高強度板到熱成形板，其屈服強度從不足200MPa發(fā)展到目前超過1500MPa。熱成形板材越來越多的應用到汽車上，包括A柱、B柱、保險杠、縱梁、通道、前地板、側圍等，如圖1所示。

圖1 轎車使用熱成形板材部位

熱成形鋼具有強度高、加工性能好等優(yōu)良的綜合性能，從而得到世界各國的大力開發(fā)和研究，成為車用鋼板的熱門材料。東風（武漢）實業(yè)有限公司的熱成形工廠是國內(nèi)頂尖的熱成形生產(chǎn)企業(yè)。目前向神龍、東風、本田、雷諾、日產(chǎn)等多個整車生產(chǎn)廠家供貨。

設計背景

熱成形板材在性能上有諸多優(yōu)點，如極高的材料強度及延展性，很好的材料成形準確度等。但是這種鋼材在相互焊接方面存在困難，主要體現(xiàn)在焊接強度與焊點外觀難以控制，焊接強度與焊接參數(shù)之間沒有形成曲線規(guī)律。而各個主機廠對于超高強度板材在焊接方面的研究仍然不充分。為了能夠找到選擇合適參數(shù)的方法，我公司通過大量的實驗來驗證合適的參數(shù)。實驗的鋼板為阿賽洛產(chǎn)的22MnB5熱軋鋼板，其力學性能見表1，化學成分見表2。

表1 22MnB5鋼的力學性能

表2 22MnB5鋼的化學成分（%）

焊核顯微組織圖

焊接后把焊點沿直徑切開，如圖2所示，組織形貌由母材(BM)、熱影響區(qū)(HAZ)及焊核區(qū)(WNZ)三部分組成，圖2中d為焊核的顯微組織。

確定參數(shù)范圍

首先，根據(jù)電流強弱，給出三組參數(shù)，見表3。電阻點焊實驗設備采用固定式點焊機，型號是DN-200，電極端面直徑為8mm。采用25mm×100mm的試片，厚度為1.76mm，長度方向的搭接長度為25mm。

表3 三組焊接參數(shù)

圖2 焊核切面

r規(guī)范的加熱速度小，溫度上升梯度小，保溫時間長，加熱過程WNZ區(qū)對HAZ區(qū)傳遞的熱量多，因此冷卻時焊核區(qū)WNZ冷卻的速率降低，當提高焊接電流、減小焊接時間即采用y規(guī)范時，加熱速度大、溫度上升梯度大、保溫時間短、加熱過程焊核區(qū)對HAZ區(qū)傳遞的熱量少，因此冷卻時焊核區(qū)冷卻的速率相對較高。

加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體A實際形成溫度越高，形核率大于長大速度，使A體晶粒越細小；冷卻時形成M晶粒的大小取決于形核率和長大速度的相對大小，冷卻速度越快，過冷度越大，則二者比值越大，因而形成的馬氏體晶粒越細??；保溫時間越長，A體細化后仍有足夠長時間長大，在冷卻后M體晶粒越大；綜合分析可知：對熱沖壓高強鋼，選取的焊接規(guī)范越強，冷卻后形成的馬氏體板條越小。

通過實驗對比三種焊接后的實際性能表現(xiàn)，如圖3所示。很明顯，采取z規(guī)范的試樣剪切力和十字拉伸力所獲得的結果較r、y兩種規(guī)范好。后面我們圍繞z規(guī)范繼續(xù)做實驗。

制定精確參數(shù)

圖3 實驗數(shù)據(jù)對比

對6組試樣點焊的焊核金相采集。金相顯微組織均為馬氏體組織，但是5號試樣馬氏體較為均勻，力學性能較好；1號試樣中馬氏體較為粗大且不均勻；6號試樣馬氏體為針狀，性能不好。剪切力實驗數(shù)據(jù)顯示，5號試樣的剪切力最大，1號試樣剪切力最小，由大到小的順序依次為：5號、2號、3號、6號、4號、1號。圍繞z規(guī)范制定了下面6組參數(shù)，見表4。實驗分析得出結論，厚度為1.76mm的熱成形板之間的點焊最佳工藝參數(shù)為試樣5的參數(shù)，即焊接電流6.7kA，焊接時間360ms，焊接壓力4200N。

表4 六組焊接參數(shù)

結束語

本次實驗只是給出了一種熱成形板材焊接的實驗方法，可以通過這種方法來確定熱成形板的焊接參數(shù)。本次實驗的結論僅適用于1.76mm的熱成形板之間的焊接，對于其他板厚、或者不同材質板材之間的焊接，仍然需要大量的實驗來確定。