一种高强度镀锌钢钢工件的电阻点焊方法与流程

1.本发明涉及汽车制造技术领域，具体涉及一种高强度镀锌钢钢工件的电阻点焊方法。


背景技术：

2.随着全球变暖、能源枯竭问题的逐渐加剧，汽车的尾气排放及能源消耗越来越严重，实验证明汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。而在汽车轻量化的众多途径中，在车身中增加高强度钢板来代替传统材料是实现这一目标的有效手段之一，例如增加抗拉强度超过780mpa的超高强度钢。为了使钢板具有良好的防腐蚀作用，钢板表面通常镀有一层可防腐的镀层，在工业上应用很多。
3.电阻点焊工艺中，焊接时出现熔化的母材金属从搭接板材结合面飞出或者从板材和电极接触面飞出的现象，称之为“飞溅”，溅射的金属附着在电极表面，影响电极的焊接效果，进而使电极修磨频繁，电极使用寿命变短；并且飞溅产生伴随着点焊接头的内部缺陷，影响焊接接头强度。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种高强度镀锌钢钢工件的电阻点焊方法，以解决现有技术焊接后容易出现缩孔、裂纹缺陷、焊点质量不佳、容易发生飞溅现象的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种高强度镀锌钢钢工件的电阻点焊方法，包括以下步骤：
7.s1、焊前清除高强度镀锌钢钢工件的表面杂质；
8.s2、在工频电阻焊机的铜电极通冷却液；
9.s3、将待焊接高强度镀锌钢钢工件的端头进行搭接，利用所述工频电阻点焊机对搭接处进行电阻点焊。
10.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
11.本发明能够改善高强度钢工件和高强度铝合金工件焊接界面的冶金反应，消除熔核中的缩孔、裂纹缺陷，改善焊点质量，提高接头性能；同时，通过优化工频电阻焊机的电阻点焊工艺参数，优化焊接热输入和热平衡，减少飞溅，从而进一步改善点焊接头质量。
附图说明
12.图1为特征点宏观照片。
13.图2为不同工艺窗口点对熔核直径、焊点厚度、压下率及拉剪力的影响图。
14.图3为十字拉伸结果图。
15.图4为g点接头微观照片。
16.图5为g点接头低倍sem照片。
具体实施方式
17.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
18.本发明提供一种高强度镀锌钢钢工件的电阻点焊方法，包括如下步骤：
19.s1、焊前清除高强度镀锌钢钢工件的表面杂质；
20.s2、在工频电阻焊机的铜电极通冷却液；
21.s3、将待焊接高强度镀锌钢钢工件的端头进行搭接，利用所述工频电阻点焊机对搭接处进行电阻点焊。
22.在具体实施时，s2中冷却液包括冷却水和冷却油。s3中工频电阻电焊机的焊接参数为：焊接电流为9～12ka，焊接时间为14～20cycles，电极压力为2.2～3.4kn。所述高强镀锌钢钢工件采用h220yd zm钢板，板厚为1.4mm，切割成125mm
×
40mm尺寸的小板。工频电阻焊机采用日本小原气动电阻点焊机(obara，siv21)设备。
23.根据上述参数范围进行实施例验证，并对接头的力学性能进行测试分析。
24.表1
[0025][0026]
实施例1～16点焊后表面质量较好，无明显缺陷。
[0027]
表2焊接试样拉剪强度表
[0028]
实施例空列拉剪力(kn)飞溅情况1110.04cccc2211.17bbbb3310.44bbcd4410.40bbbb5310.80bbbb6411.29bbbb
719.90bbbb8211.33bbbb9411.38bbbb10311.54bbbb11211.62bbbb12112.06bbbb13210.86aaaa14111.91aabb15412.44aabb16312.01aaaa
[0029]
注：飞溅情况“a”“b”“c”“d”分别表示“a级飞溅”，即飞溅现象较多；“b级飞溅”，即飞溅现象较少；“c级飞溅”，即飞溅现象非常少；“d级飞溅”为无飞溅现象。
[0030]
在实施例中，随着焊接电流不断增加，拉剪力呈现上升趋势，飞溅情况也更加严重。拉伸剪切强度、焊接时间以及电极压力的增加呈现出先增后减的趋势，在时间及压力分别16cycles及2.6kn时具有最大的拉剪强度。对三种因素对拉剪力的影响进行正分析，根据极差及因素效应得出，三种因素对拉剪力的影响排序为电流＞压力＝时间。
[0031]
随着电流的增加，热输入量增加，熔核直径整体是随之增加，最小值出现在电流为9ka时，此时电流较小，热输入量低，焊核直径为6.71mm，大于5mm最小要求。焊点厚度与直径则相反，焊点厚度最小值出现在电流为13ka时，此时焊点厚度为2.18mm，对应的压下率为31.77％，大于30％，不满足要求。当电流低于12ka时满足要求，压下率呈上升趋势，且随着电流变大，主要是因为热输入量增加，焊核逐渐形成，在11ka时候出现最大值，随后逐渐稳定。综合考虑到飞溅情况，压下率要求，最佳参数11ka时，拉剪力为14.72kn。
[0032]
随着焊接时间的增加，热输入量增加，熔核直径逐渐上升，最小值出现在时间为12cycles时。此时焊接时间较小，热输入量低，焊核直径为6.51mm，大于5mm最小要求。焊点厚度与直径则相反，焊点厚度最小值出现在焊接时间为18cycles时，此时焊点厚度为2.42mm，此时对应的压下率为24.27％，但仍小于30％，满足要求。而随着焊接时间的增加，拉剪力呈现先增加至后波动减小的趋势，随着热输入量增加，焊核逐渐形成，拉剪力增加，电流为16cycles的情况下，此时拉剪力为11.75kn，而当电流进一步增大，焊接热输入使得晶粒长大，造成性能下降，但此时熔核形成与晶粒长大同时作用，使得拉剪力存在波动。
[0033]
随着电极压力的增加，熔核直径及焊点厚度较为稳定，最小值出现在电极压力为2.8kn时，焊核直径为6.51mm，大于5mm最小要求。焊点厚度最小值出现在电极压力为2.2kn时，此时焊点厚度为2.26mm，此时对应的压下率为29.27％，满足小于30％的要求。随着电极压力的增加，熔核直径、焊点厚度变化较为稳定，压下率呈现下降趋势。随着电极压力的增加，拉剪力呈先增加后降低，并在2.6kn时达到最大值。考虑飞溅情况，选择焊接时间为2.6kn的组别，此时拉剪力为11.75kn。
[0034]
工艺窗口是对在一定条件下焊接电流与焊接时间组合产生合格接头的形象的描述手段。工艺窗口的确定可以为实际的生产提供数据参考，本发明对h220yd zm进行焊接窗口的研究和确定。
[0035]
,当电极压力为2.6kn时，进行工艺窗口实验，abc三点由于焊接电流较小，熔核直
径也较小，此时颜色为灰白色。当电流值达到def点时，此时产生飞溅，焊点颜色从灰白色变为黄色。g点形貌与e点较为接近。
[0036]
表3工艺窗口特征点
[0037]
编号电流(ka)时间(cycles)压力(kn)a6.2182.6b6.4162.6c6.4142.6d8.8182.6e8.8162.6f8.8142.6g8.6162.6
[0038]
参考smtc5111003—2014(v1)行业标准，为确定h220lad zm可焊性窗口，电极压力固定为2.6kn。
[0039]
最大焊接时间18cycles：焊接电流从5.8ka开始，200a为步长增长，直到焊点直径达到5.0mm时确定a点，焊接电流从9ka开始，200a为步长增长，点焊接头发生飞溅时对应的电流对应了d点。
[0040]
中等焊接时间16cycles：焊接电流从a点开始，200a为步长增长，直到焊点直径达到5.0mm时确定b点，焊接电流从d ka开始，200a为步长增长，点焊接头发生飞溅时对应的电流对应了e点。
[0041]
最小焊接时间14cycles：焊接电流从b点开始，200a为步长增长，直到焊点直径达到5.0mm时确定c点，焊接电流从e开始，200a为步长增长，点焊接头发生飞溅时对应的电流对应了f点。一般第一个点产生飞溅则视为产生飞溅。
[0042]
当a点直径达到5mm时，作为工艺窗口左边界，而d点则为飞溅发生点，此时定为工艺窗口右边界。选择三个不同时间水平的左右边界确定为h220lad zm的工艺窗口。如表3所示。
[0043]
可见所选三个焊接时间下，在同等电极压力下，适焊电流区间为6.2～6.4ka和8.6～8.8ka。最大焊接时间的电流范围是2.2ka，最小焊接时间的电流范围是2.2ka，图1中最佳焊接电流为g点，即e点的焊接电流减去200ma。依据smtc5111003—2014(v1)标准，g点为焊接窗口的最佳焊接参数。
[0044]
图2为不同窗口点对熔核直径、焊点厚度、压下率及拉剪力的影响。评价标准参考gb-t39167-2020《电阻点焊及凸焊接头的拉伸剪切试验方法》，可以看出abc三点较之def点，由于电流不同，影响效果与规律实验电流变化相同。随着电流的增加，熔核直径也随之增加。焊点厚度则随之减小，因此压下率相应升高。而拉剪力则呈现先增加后减小的趋势，最大值出现在d点的情况下，此时拉剪力为11.03kn，压下率满足≤30％的要求。在本次工艺范围内焊接性能满足标准要求，结合上述结果，h220yd zm钢最佳焊接参数为：焊接电流8.6ka，焊接时间16cycles，电极压力2.6kn。
[0045]
衡量点焊接头力学性能的方法主要为测试焊接接头的拉剪强度、十字拉伸强度及焊点硬度。针对h220yd zm镀锌板焊接工艺窗口的a～g六个特征点进行对应的抗剪实验，十字拉伸结果如图3所示，平均拉伸力为5.40kn，满足gb/t 39081-2020《电阻点焊及凸焊接头
的十字拉伸试验方法》及gb/t 39165-2020《电阻点焊及凸焊接头的剥离和凿离试验方法》。
[0046]
对a～g点进行显微观察后发现，焊点纤维组织可以分为三个区域：熔核区(fz)、热影响区(haz)和母材区(bm)。当电流超过9ka时，焊点颜色从灰白色变为黄色。且随电流增大而逐渐加深。随着电流的增加，熔核直径也随之增加。焊点厚度则随之减小，因此压下率相应升高。而拉剪力则呈现先增加后减小的趋势，最佳参数出现在电流为10ka的情况下，此时拉剪力为14.72kn。在快速冷却速度下，熔核区组织为粒状贝氏体和少量低碳马氏体组织。热影响区为粗大铁素体和部分贝氏体。焊接电流＝9ka，焊接时间＝16cycles，电极压力＝2.6kn时，焊核完全形成，焊核区贝氏体生成。当焊接电流＝13ka，热输入量增加，焊核完全形成，并且由于热输入量过高，焊点出现了孔洞。水平显微硬度值，母材区显微硬度值约为120hv，热影响区硬度值约为130-160hv，熔核区显微硬度值为200hv。热影响区的显微硬度值从靠近母材区到熔核区依次增大。呈现“w”型分布。而垂直显微硬度值，硬度值呈现两侧低中心高，因为在焊接过程中，熔核区受热奥氏体化，然后在快速冷却过程中，发生贝氏体转变，贝氏体含量显著增加，故熔核区的显微硬度值要远远高于母材区。
[0047]
对电极磨损进行研究，电阻点焊电极寿命是指一对新的电极在连续焊接的情况下，焊点强度降低到规定强度以下时所焊接的焊点数。电极的观察主要是观察间隔焊接50个点时电极帽及焊点的变化，即分别焊接50次、100次、150次直到500次后停止焊接，比较分别焊接不同次数时焊点的宏观形貌、金相以及力学性能。
[0048]
参考smtc5111003-2014行业标准，以g点参数为标准，g点的电流＝e点电流-200a，时间16cycles，压力2.6kn，第1组50个焊点完成后，在复写纸上打点拿小片焊1组金相样，第2组50个焊点完成后，1组金相样和3组拉剪样。随着点焊的进行，电极的质量在不断下降，所对应的焊点尺寸也产生较大波动。焊点飞溅情况逐渐严重。当焊接次数超过250次后，出现飞溅情况。随着焊接次数的增加，电极帽逐渐磨损，对应在白纸上的焊点直径逐渐增大，且有少量粘连产生。500个焊点满足要求，未出现焊点形核直径小于5.0mm的点，压下率满足≤30％的要求，该工艺窗口下，500次电极磨损实验满足smtc5111003-2014标准要求。
[0049]
本发明能够改善高强度钢工件和高强度铝合金工件焊接界面的冶金反应，消除熔核中的缩孔、裂纹缺陷，改善焊点质量，提高接头性能；同时，通过优化工频电阻焊机的电阻点焊工艺参数，优化焊接热输入和热平衡，减少飞溅，从而进一步改善点焊接头质量。本发明使h220yd zm镀锌钢钢板焊接后的材料更加优化，拉剪性能最佳参数能达到14.72kn；hc340lad zam锌铝镁镀层钢板焊接后最佳参数拉剪力能达到14.75kn。
[0050]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。