【2017年整理】热成型工艺焊接性能研究.doc

超高强热成型钢板的点焊工艺性能研究 徐松，黄治军，孙宜强，胡宽辉，龚涛 (武汉钢铁(集团)公司研究院，湖北?武汉430080) 摘?要：对试验用超高强热成型钢的电阻点焊工艺进行了研究，探讨了焊接电流对点焊接头压痕深度、焊核直径、焊透率以及拉断力的影响规律，讨论了电流模式对点焊试样断裂点位置和中心偏析的影响，分析了焊接接头软化区、中心偏析的原因。研究结果表明，该钢种具有良好的点焊性能。 关键词：超高强钢；热成型钢；点焊；接头软化 随着对环境问题的重视和低油耗、低排放、高安全性的需求，汽车用钢向更轻、更高强度的方向发展。20世纪90年代开始，JFE公司开始。780MPa级别以上的超高强钢研究开发，应用于抗冲击和碰撞的汽车结构件，如加强筋、B柱等。高强钢板、超高强钢板成为汽车制造发展的主要方向[1-2]。 由于电阻点焊具有生产效率高、易于实现自动化等优点，在汽车制造中被广泛应用，成为高强钢板的主要焊接方法[3]。超高强钢板的点焊性能研究目前国内较少；对Aroelor公司生产的超高强度硼钢板USIBOR1500进行的点焊研究，证明了USIBOR1500超高强度淬火钢板具有良好的点焊性能[4-5]。 何谓热成型工艺？热成型工艺是将钢板加热到奥氏体温度区间(约900℃)进行热冲压，同时在模具内对冲压件快速冷却，淬火后得到细晶马氏体组织，从而可以得到抗拉强度达到1400MPa以上的钢板的工艺[6]。 本文研究的超高强钢板为某钢厂试验热成型钢F5D1，探讨了焊接电流对点焊接头性能的影响规律；通过不同电流模式下的焊接，讨论了坡周电流预热钢板对点焊的作用；针对接头软化和焊缝中心偏析，进行了显微硬度和金相组织的分析，并提出了改善措施和后续研究方向。 1试验材料及方法 1．1??试验材料 试验材料为某钢厂试验钢F5D1，该钢种通过热压成形、强冷淬火来提高强度，金相组织为淬火细晶马氏体，成分及性能见表1。试验用的钢板厚度为1．5mm。 1．2试验设备及方法 试验所用的点焊机为三相次级整流直流焊机TZ-3×40，电极直径为6mm，采用DEP-100S编程器设置焊接参数进行点焊工艺试验。??? 采用线切割的方法将点焊焊件沿过焊点中心的直线切割断面，随后将焊点断面试片经镶嵌后进行研磨、抛光，并用10％硝酸酒精溶液进行腐蚀，在金相显微镜下进行检测。在低倍下测量焊点的熔核直径以及焊透率。采用尖头千分尺测量试样的压痕深度。采用维氏硬度计在焊缝截面上进行显微硬度测量。 点焊接头拉伸剪切试验参照GWS5一A标准，试样尺寸为20mm×140mm×1．5mm。 2试验结果及分析 对F5D1采用2组工艺进行了工艺优化试验，电极压力30kgf，每周次0．02s。一组采用基本电流模式进行点焊，焊接时间10周；一组采用Slope电流模式进行点焊。Slope模式下，电流在3周次内从0 A线性递增到8400A，然后保持电流12周次。Slope模式下，前3周的电流对钢板有预热软化作用，在相同的电极压力下，钢板能更紧密的贴合，板面充分接触，电流更加稳定。 2．1??电流对压痕深度、熔核直径、焊透率及抗剪载荷的影响 通过优化后的工艺参数试验，探讨了电流对焊接接头的性能影响，如图1所示。 从图1(a)中可以看出，焊点的压痕深度随着焊接电流的增大，整体呈现出增加的趋势。但当电流达到某一临界值后，电流继续增大，压痕深度反而略微下降，并保持平稳趋势。 从图1(b)、(c)中可以看出，焊点的熔核直径和焊透率随焊接电流的变化规律基本相似。随着电流的逐渐增加，焊点的熔核直径、焊透率都呈现出上升趋势。电流达到某一临界值后，熔核直径和焊透率反而随着电流的增加出现下降。当焊接电流过大，热输入过大，熔核生长膨胀过快，塑性环在电极强冷作用下，生长速度有限，熔核突破塑性环约束，一部分金属喷出飞溅，一部分金属在电极强冷作用下凝固，导致熔核直径、焊透率降低。 从图1(d)中可以看出，焊点拉剪载荷随着焊接电流的逐渐增加，呈现出上升趋势。 原因在于，随着焊接电流的增加，热输入量逐渐增大，在不产生飞溅的情况下，焊点金属熔化更为充分，熔核温度更高，钢中自带硅铝酸盐以及与板间缝隙空气反应生成的氮化物、氧化物质点热扩散更为充分、分布更为均匀，从而提高了焊点的抗剪载荷。 此外，需特别提出的是，在Slpoe电流模式下焊接的试样，抗剪载荷试验中断裂点均在母材一侧，焊点四周破裂为“纽扣”状。基本电流模式下断裂点均在熔核处，熔核界面撕裂。这证明了，Slope模式下，坡周电流对钢板的预热软化作用能有效的控制断裂点位置，对抗剪载荷影响不大。2种模式下的抗剪载荷均在20kN左右，超过RMWA焊接标准中的A类参考抗剪强度(11．8kN)，能够满足实际生产中的强度需求。 2．2金相组织分析 不同电流强度、不同电流模式下，F5D1试样焊点金相组织基本类