超高屈服強(qiáng)度材料凸焊熔深問題分析及解決方法

陳磊，郭真真，徐遠(yuǎn)鋒

(1.延鋒安道拓座椅有限公司寧波杭州灣新區(qū)分公司，浙江寧波 315000；2.寧波新眾汽車零部件有限公司，浙江寧波 315000)

0 引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車輕量化的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明：若汽車整車質(zhì)量減輕10%，燃油效率可提高8%[1]；汽車質(zhì)量降低1%；油耗可降低0.7%；汽車整備質(zhì)量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.3～0.6 L。所以汽車行業(yè)輕量化將成為發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)由于熱成型鋼板與普通鍍鋅鋼板相比具有超高強(qiáng)度和極高的機(jī)械安全性能，在同等安全性能要求情況下，使用熱成型鋼板將大大降低車身質(zhì)量，所以在汽車行業(yè)熱成型鋼板正在廣泛運(yùn)用。熱成型鋼板焊接中常用的有點(diǎn)焊和凸焊，同時(shí)相比較而言凸焊的焊接工藝難度大大高于點(diǎn)焊。本文作者所要闡述的熱成型件凸焊熔深問題(母材熔化部的最深位與母材表面之間的距離)，這也是目前在汽車行業(yè)普遍存在的具有一定工藝難度的問題。

1 試驗(yàn)過程及試驗(yàn)結(jié)果

文中以熱成型材料牌號(hào)USIBOR 1500R為例進(jìn)行分析超高屈服強(qiáng)度材料的熔深不足和熔深難形成等問題，闡述焊接過程中解決該材料凸焊熔深問題的經(jīng)驗(yàn)和方法。USIBOR 1500R材料板厚1.2 mm，主要化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表 2。

表1 USIBOR 1500R化學(xué)成分

表2 USIBOR 1500R力學(xué)性能

牌號(hào)10B21材料的螺母主要化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3,凸焊螺母如圖1所示。

表3 螺母化學(xué)成分及力學(xué)性能

圖1 凸焊螺母

熱成型材料本身材質(zhì)的特殊性，在焊接過程中常出現(xiàn)焊接強(qiáng)度不足缺陷，文中凸焊螺母焊接使用常見的電阻焊(凸焊)進(jìn)行焊接，依照VW01103熔深標(biāo)準(zhǔn)0.2 mm，裝配扭矩9 N·m；考慮到熱成型件的高強(qiáng)度特性，按照表4焊接參數(shù)進(jìn)行多組試驗(yàn)(記為試驗(yàn)1)，進(jìn)行焊接強(qiáng)度檢驗(yàn)和金相狀態(tài)下零件的熔深測(cè)量，如圖2所示。其中圖2(a)不合格是形成焊核，未形成有效熔深，圖2(b)不合格是熔深0.16 mm未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)0.2 mm的要求。

表4 焊接參數(shù)和焊后檢測(cè)結(jié)果

圖2 試驗(yàn)1焊接結(jié)果

試驗(yàn)1中3組試驗(yàn)結(jié)果均無法滿足焊接標(biāo)準(zhǔn)要求，分析試驗(yàn)結(jié)果失敗原因是在焊接的過程中壓力緩慢增加，圖1中螺母凸臺(tái)隨著電流和壓力雙重作用被提前擠壓變形，導(dǎo)致焊接時(shí)凸臺(tái)實(shí)際電流密度不足，無法滿足焊接要求。

試驗(yàn)1多次調(diào)試后均無法達(dá)到客戶焊接要求，在進(jìn)行材料強(qiáng)度分析后進(jìn)行了試驗(yàn)2(焊接參數(shù)見表5)，凸焊機(jī)加裝電磁比例調(diào)壓裝置進(jìn)行焊接，在設(shè)置參數(shù)時(shí)，預(yù)先加壓至1.034 25 MPa母凸臺(tái)未有壓潰現(xiàn)象，在氣缸中增壓至3.309 6 MPa保持200 ms后，瞬間作用在凸焊螺母表面進(jìn)行焊接。整個(gè)焊接過程分為3個(gè)階段，分別由預(yù)熱、焊接與回火組成，表5為對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)，焊接結(jié)果如圖3所示，由圖3可知螺母熔深0.36 mm，滿足客戶0.2 mm的要求。

表5 焊接參數(shù)(單次)和焊后檢測(cè)結(jié)果

圖3 試驗(yàn)2焊接結(jié)果

試驗(yàn)2能夠取得成功，主要是考慮到兩種材料屈服強(qiáng)度差別過大，常用的加壓方法會(huì)使凸焊螺母凸臺(tái)在加壓過程和電流作用下提前被壓變形的缺點(diǎn)，而采用電磁比例裝置可以讓壓力瞬間作用在凸焊螺母上，在焊接的瞬間降低了兩種材料屈服強(qiáng)度差異過大對(duì)焊接結(jié)果的影響。

2 結(jié)論

通過2次試驗(yàn)得出超高屈服強(qiáng)度材料與常規(guī)鍍鋅螺母凸焊，焊接參數(shù)中的焊接壓力設(shè)置起到至關(guān)重要的作用，常規(guī)的焊接過程中焊接壓力是逐步加壓的過程，材料較軟的凸臺(tái)會(huì)在加壓過程中被壓變形，導(dǎo)致焊接時(shí)兩者實(shí)際焊接能力不足；文中試驗(yàn)2所采用的電磁比例裝置設(shè)置的焊接壓力可以在焊接瞬間釋放，解決了凸焊螺母凸臺(tái)在加壓過程被提前壓變形的問題，即在一定程度上解決了兩者材料的屈服強(qiáng)度差距過大對(duì)焊接過程的影響。試驗(yàn)2凸焊后熔深能達(dá)到了0.2 mm，滿足客戶要求。