汽車用DP800雙相鋼點(diǎn)焊工藝窗口和接頭性能

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（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江寧波315000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，安徽馬鞍山243000）

0 前言

隨著節(jié)能減排及整車安全法規(guī)政策要求的不斷提升，在不影響安全性能的前提下，主機(jī)廠為了達(dá)到汽車車身的輕量化效果，車身高強(qiáng)鋼的應(yīng)用比例呈逐年上升趨勢[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年以前的自主品牌車型的車身用高強(qiáng)鋼比例基本都在20%以下，到2016年，自主品牌主流車型的車身高強(qiáng)鋼比例已提高到約60%，與主流合資品牌車型基本處于同一水平。高強(qiáng)鋼中的雙相鋼因其具有高強(qiáng)度、良好的成形性能和防撞能量吸收性能等特點(diǎn)，成為汽車車身冷沖壓零件上應(yīng)用最多的高強(qiáng)鋼鋼種[3]。在國際鋼鐵協(xié)會的超輕鋼車身——未來先進(jìn)概念車（ULASB-AVC）計(jì)劃中，高強(qiáng)鋼用量占97%，雙相鋼用量比例高達(dá)74%[4]。

電阻點(diǎn)焊具有生產(chǎn)效率高、易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)，是高強(qiáng)鋼板的主要焊接方法[5]。在此以2.0 mm厚的DP800為對象，研究焊接工藝參數(shù)窗口和接頭微觀組織及性能，對汽車車身零件焊接工藝及性能設(shè)定具有指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料為2.0 mm厚DP800冷軋板，材料化學(xué)成分見表1。試板尺寸為150 mm×50 mm×2.0mm，焊接設(shè)備采用DTMC-0052-1型伺服點(diǎn)焊機(jī)，使用16×23 mm鉻鋯銅電極，球形端面直徑6 mm。拉剪試樣接頭形式如圖1所示。

表1 DP800化學(xué)成分 %

圖1 拉伸剪切試驗(yàn)試板

根據(jù)GMW-5A標(biāo)準(zhǔn)測試點(diǎn)焊工藝窗口，焊接工藝參數(shù)如表2所示；拉剪力數(shù)值取3個(gè)焊點(diǎn)實(shí)際拉剪力的平均值。沿焊核直徑最大處截取金相試樣，采用4%的硝酸酒精溶液侵蝕磨拋后的試樣，觀察金相組織。

表2 焊接工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 DP800高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊工藝窗口

焊接工藝窗口是通過建立最小焊核尺寸曲線和飛濺發(fā)生曲線而得到的。DP800點(diǎn)焊工藝窗口如圖2所示，最小焊核尺寸曲線由A、B、C三點(diǎn)組成，飛濺產(chǎn)生曲線由D、E、F三點(diǎn)組成。當(dāng)電極壓力為3.8kN，單脈沖焊接時(shí)間為 110ms、120ms、130ms時(shí)，得到的焊接電流范圍分別為2.1 kA、2.0 kA、1.9 kA。根據(jù)GM標(biāo)準(zhǔn)可知，DP800的可焊性范圍滿足要求。

圖2 DP800電阻點(diǎn)焊工藝窗口

2.2 工藝參數(shù)對焊點(diǎn)性能的影響規(guī)律

焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力對接頭拉剪力的影響見圖3。由圖3a可知，當(dāng)焊接時(shí)間為120ms、電極壓力為3.8 kN、焊接電流在9～11 kA變化時(shí)，隨著焊接電流的增加，焊點(diǎn)拉剪力逐漸增加，在10.5 kA時(shí)達(dá)到峰值，隨后趨于平穩(wěn)。由圖3b可知，保持焊接電流10 kA、電極壓力3.8 kN不變，焊接時(shí)間在80～160 ms變化時(shí)，隨著焊接時(shí)間的增加，焊點(diǎn)拉剪力逐漸增加，在140 ms時(shí)達(dá)到峰值，隨后趨于平穩(wěn)。由圖3c可知，保持焊接電流10 kA、焊接時(shí)間120 ms不變，電極壓力在2～6 kN變化時(shí)，隨著電極壓力的增大，焊點(diǎn)拉剪力呈先增加后降低的趨勢。焊接參數(shù)影響焊點(diǎn)拉剪力的內(nèi)因是不同的焊接參數(shù)具有不同的熱輸入，隨著焊接電流的增加，熱輸入量逐漸增大，導(dǎo)致焊點(diǎn)直徑增加，所能承載的拉剪力也增加，但當(dāng)熱輸入大于一定值時(shí)，焊核內(nèi)會發(fā)生飛濺缺陷，拉剪力無法持續(xù)增加。焊接時(shí)間對拉剪力的影響規(guī)律與電流大致相同。當(dāng)電極壓力較小時(shí)，焊接過程中接觸電阻很大，瞬間通過接觸面的電流密度極大，容易產(chǎn)生焊接初期飛濺，導(dǎo)致焊核直徑較小；當(dāng)電極壓力較大時(shí)，銅電極對焊接區(qū)域的散熱作用明顯，加之電流密度降低引起析熱聚集度變小，最終導(dǎo)致焊核直徑減小。

2.3 DP800焊點(diǎn)顯微組織

DP800電阻點(diǎn)焊接頭各區(qū)域的組織形貌如圖4所示。焊接接頭主要由母材區(qū)、焊接熱影響區(qū)和焊核區(qū)部分組成。母材為冷軋退火態(tài)組織呈帶狀，顯微組織由基體相鐵素體和強(qiáng)化相馬氏體組成，如圖4a所示。焊接接頭熱影響區(qū)的形貌如圖4b所示，該區(qū)域的晶粒組織細(xì)小，帶狀形貌消失，靠近焊核的區(qū)域內(nèi)部僅存在馬氏體相，遠(yuǎn)離焊核的熱影響區(qū)中存在部分條帶狀的鐵素體，這是因?yàn)樵诤附舆^程中，此部分區(qū)域未完全奧氏體化，部分鐵素體被保留下來。焊核區(qū)內(nèi)部為粗大柱狀晶，為典型的凝固組織，在加熱后期焊核內(nèi)部的熱輸入小于散熱，由于電極頭的冷卻作用，靠近外側(cè)的液態(tài)金屬首先結(jié)晶，晶粒的擇優(yōu)生長特性使晶粒沿外側(cè)向焊核中心長大，直至液態(tài)金屬全部結(jié)晶完畢。在隨后的冷卻過程中發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變，由于冷卻速度大，貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域停留時(shí)間短，因此焊核內(nèi)部主要由馬氏體和少量的貝氏體組成，如圖4c所示。

圖3 工藝參數(shù)對焊點(diǎn)拉剪力的影響

圖4 DP800電阻點(diǎn)焊接頭的各區(qū)域的組織形貌

在材料研究中，硬度數(shù)據(jù)不但用來表征材料的使用性能，而且可通過硬度試驗(yàn)獲得材料微觀結(jié)構(gòu)的有關(guān)信息。冷軋DP800典型點(diǎn)焊接頭顯微硬度分布如圖5所示。由圖5可知，焊縫的硬度均顯著高于母材，整個(gè)焊縫區(qū)的硬度分布無明顯波動，且在低溫?zé)嵊绊憛^(qū)附近有軟化現(xiàn)象，但軟化程度較小，合理的點(diǎn)焊工藝可有效控制該現(xiàn)象。

圖5 點(diǎn)焊接頭的維氏硬度分布

4 結(jié)論

（1）DP800高強(qiáng)鋼焊接性較好，在不同的焊接時(shí)間下，焊接電流范圍的平均值為10 kA，點(diǎn)焊工藝窗口滿足工業(yè)應(yīng)用的要求。

（2）隨著焊接電流和焊接時(shí)間的增加，焊點(diǎn)拉剪力先增加后趨于平穩(wěn)，隨著電極壓力的增加，點(diǎn)焊拉剪力先增加后減小。

（3）焊點(diǎn)熱影響晶粒細(xì)小，由馬氏體組織構(gòu)成；焊點(diǎn)熔核內(nèi)部為典型的柱狀晶，顯微組織為馬氏體和少量的貝氏體。

（4）在冷軋DP800高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊接頭熱影響軟化區(qū)，低溫?zé)嵊绊憛^(qū)附近有軟化現(xiàn)象，但軟化程度較低，未對性能造成明顯影響。

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