高强钢电阻点焊工艺研究

高强钢电阻点焊工艺研究内容摘要：

的搅拌头，并在室温下旋转搅拌头将搅拌针压入试样。 不同于搅拌摩擦焊的是搅拌摩擦点焊的搅拌头不必移动，也就不会形成线性焊缝，取而代之 的 是在某点的焊接结束后，搅拌头即从工件上撤下，最终形成类似于电阻点焊的焊点。 电阻点焊 电阻点焊（ Resistance Spot Welding，简称 RSW）是较受汽车工业青睐且应用较为广泛的传统材料连接技术之一 [12]。 把工件装配成搭接接头，并将其压紧于上下电极之间，利用瞬时电流通过工件时产生的电阻热熔化母材金 属，经冷却后形成焊点的焊接方法即为电阻点焊。 图 为电阻点焊原理示意图。 电阻点焊过程中，熔核周围被高温塑性金属环（见图 ）包围，使熔核内部已经熔化的液态金属与外界气体隔绝，防止熔核中的液态金属和空气中的某些气体发生冶金反应，目的是保证焊点熔核成分基本不变，从而实现无保护气体条件下的焊接。 电阻点焊焊接过程中所需的热量是由焊接通电瞬间电流流经工件产生的电阻热提供的，即电阻点焊的热源为内部热源；且整个焊接过程中必须保持对工件施加压力，无论是加热过程、焊接过程还是冷却过程，以上也是电阻点焊两个最显著的特点。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 4 图 图 先进 高强钢特殊的物理化学性能决定在其焊接过程中会存在一些问题。 研究表明，高 强 钢电阻点焊过程中 主要 存在 以下 问题： （ 1）焊接工艺窗口狭窄 先进 高强钢的高强度导致其塑性温度区间变窄，这就意味着在电阻点焊过程中，为了使 先进 高强钢焊点处获得与普通钢相同程度的塑性变形，需要施加更大的电极压力，这直接导致了 先进 高强钢焊接工艺窗口变窄。 图 是 几种不同钢种的点焊工艺窗口，由图可见， 先进 高强钢的点焊工艺窗口最为狭窄，这表明它的焊接性不是很 好。 图 （ 2）电极变形、磨损严重 当温度达到一定程度时，电极工作面就会在点焊过程中压力的作用下迅速变形，甚至被压馈，导致电极不能正常工作。 （ 3）结合面断裂 试验中部分焊点拉剪断裂模式为结合面断裂， 焊接热输入较小时，焊点熔核尺寸比较小，接头拉剪力也比较低，结合面断裂最容易发生。 本文的主要研究内容 本文采用电阻点焊技术，对牌号为 DP600 的 先进 高强钢进行试验研究。 主要研究内容如下： 分析 先进 高强钢的电阻点焊焊接性； 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 5 研究 先进 高强钢电阻点焊接头的微观组织及 力学性能，并分析焊接缺陷； 通过正交试验选定焊接最佳工艺参数； 分析最佳参数下的 点焊接头的显微组织、显微硬度和力学性能以及点焊 接头 的拉剪断裂形式。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 6 第 2 章 试验材料与方法 试验材料 试验用钢为牌号为 DP600 的 先进 高强钢。 DP600 微观组织如图 所示， DP600 先进 高强钢的显微组织清晰可见，马氏体均匀分布在铁素体 的 基体上。 较软的铁素体基体和较硬的马氏体同时存在， 可以 使 DP600 高强钢的强度和韧性得到了很好的协调。 按照GBT2282020 将母材制作成标准拉伸试样，拉伸试验结果显示： DP600 高强钢的抗拉强度为 630MPa。 图 为 DP600 高强钢的力 位移曲线。 表 600DP 高强钢的化学成分 C SI Mn P S AL Nb ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 力位移曲线024681012141618200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20mmkN 图 母材微观组织 图 DP600 高强钢力 — 位移曲线 实验设备及仪器 焊接设备： WLSP50K 气动式交流脉冲点焊机； 金相设备： 金相镶嵌机，预磨机，金相抛光机，电子 显微镜，体显微镜； 硬度测设设备：显微硬度测试计； 拉伸试验设备： SANS(新三思 )拉伸机； 其他设备： 金属剪板机，线切割机、砂轮机； 工具：手钳，丙酮，砂纸，焊机电极、锤子，台式虎钳，锯条。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 7 试验方法 DP600 高强钢电阻点焊工艺 DP600 高强钢切成规格为 100mm 40mm 的试样，用作金相分析和拉剪试验。 并且试样都要经过喷砂和丙酮清洗才可以开始焊接。 按照 图 的方式装配待焊试样。 试验采用 WLSP50K 气动式交流脉冲点焊机 （见图 ） 对 DP600 高强钢进行电阻点焊。 焊机上安装的电极是球面电极，其电极头端面直径为 13mm、长度为 38mm。 图 WLSP50K气动式交流脉冲点焊机 本次试验采用的是单脉冲 点焊。 单脉冲点焊试验中，主要通过调整焊接电流、焊接时间、电极压力来分析电阻点焊工艺参数对点焊接头显微组织结构、熔核尺寸以及接头力学性能的影响，此焊接过程采用的焊接工艺如图 所示。 表 22 给 出了电阻点焊焊接工艺参数范围。 图 WLSP50K气动式交流脉冲点焊机 图 操作面板 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 8 图 单脉冲电阻点焊工艺示意图 表 电阻 点焊工艺参数范围 工艺参数 单脉冲点焊 焊接电流 KA 焊接时间 cyc 1020 电极压力 KN 微观分析 焊接完成后，沿着熔核中心方向垂直于试样表面将点焊接头切开作为金相试样。 经过对金相试样的打磨、抛光后，用硝酸酒精溶液作为腐蚀液对处理好的焊点截面进行腐蚀，然后进行显微分析。 性能测试 (1)显微硬度测试 显微硬度测试采用维氏硬度计进行显微硬度试验， 载荷 为 50g。 图 为点焊接头显微硬度测试示意图，点间距为 ，依次记录各点的显微硬 度值。 图 点焊接头显微硬度测试示意图 （ 2）拉剪试验 拉剪试验在 SANS(新三思 )拉伸机 上进行，加载头的拉伸速度为 2mm/min。 在进行拉剪试验时，因为试样采用的是搭接接头，所以需要在试样的夹持部分补加和试样等厚的湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 9 钢板，以避免因两板叠加而产生的附加力矩，保证所受的拉力在垂直 面上。 如 图 所示。 图 点焊接头剪切示意图 试验方案的设定 优化试验可选择均匀设计和正交设计两种， 实践中若水平数多，因素多而要求试验次数少的设计，一般用均匀设计来安排试验；对于因素数，水平数不多，一般采用正交设计。 有时，可以将正交设计和均匀设计结合起来使用。 考虑到本试验的因素较少，水平不多，选用正交试验。 正交试验方法 正交试验法是一种科学地安排与分析多因素试验的方法，通过它能减少试 验次数，并在较少试验的基础上，用所得到试验数据，分析得到较优的试验结论。 正交试验可以解决以下三个问题： 1）分析因素与指标的关系，找到因素影响指标的规律。 2）分析因素影响指标的主次，在诸多影响指标的引述中找到主要影响因素，即抓住主要矛盾。 3）寻求获得最佳指标的因素的组合。 将正交试验选择的因素水平组合列成规范化的表格称为正交表。 正交试验做完后，如何分析数据有很多种方法，如直观分析、方差分析、平均值分析、极差分析等。 本试验中数据分析采用回归分析法和极差分析法。 正交试验方案的设定 焊接参数的选 取范围 焊接时影响焊接质量的参数有焊接电流、焊接时间和电极压力。 DP600 钢板厚，采用以下参数范围。 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 10 表 焊接参数范围 焊接电流 — 焊接时间 10— 20cyc 电极压力 2020— 4500N 电极尺寸选取 13 38mm。 通过大量的焊接练习 发现电极压力和周期 固定 后，焊接电流在一 定的 范围内变化，采用控制变量法来确定参数范围，过程如下 ： 1） 固定电极压力，改变焊接电流，找出 结合面断裂 和飞溅最大的临界点。 2） 找出最佳焊接电流 后，将其 固定，找出焊接时间的变化范围。 3） 根据上述步骤 ，确定电极压力变化范围。 焊接电流、时间、电极压力的范围如下表 表 焊接参数选取范围 电流（ KA） 时间（ cyc） 电极压力（ KN） 1420 正交实验设计 根据参数范围焊接电流、焊接时间、电极压力各取 3 个水平，如 表 所示。 表 正交实验安排表 序号 I（ KA） T（ cyc） F（ KN） 1 2 3 14 15 17 选择正交实验表如表 26 所示 表 正交设计表 1 1 1 1 2 2 1 3 3 2 1 2 2 2 3 2 3 1 3 1 3 3 2 1 3 3 2 湖北汽车工业学院毕业设计（论文） 11 试验过程 依照 表 实验参数 焊接试样，每根试样做好标记后 观察焊点成形及火花飞溅情况。 经剪板机剪后，打磨，在拉伸实验室进行拉伸实验，采集拉伸数据。 正交设计的数据分析 1. Minitab 逐步回归分析 2. Minitab 线性回归分析 表 正交实验参数表 x1 x2 x3 x11 x12 x13 x22 x23 x。