TRIP780高強鋼的點焊工藝性能

王 威，張永強，劉興全，賈松青，章 軍

(首鋼技術研究院，北京 100043)

TRIP780高強鋼的點焊工藝性能

王 威，張永強，劉興全，賈松青，章 軍

(首鋼技術研究院，北京 100043)

對TRIP780高強鋼進行一系列電阻點焊試驗，對點焊部位進行金相分析、顯微硬度分析、抗剪切試驗和十字拉伸試驗等分析手段。研究焊前預熱、焊后回火、焊接時間等工藝因素對TRIP鋼點焊焊點的優化效力。焊前預熱工藝對焊點的組織和力學性能的影響較小，在合理范圍內延長焊接時間能有效地提高焊點的抗剪切性能，焊后回火工藝能有效地改善焊點的組織結構和力學性能。確定其最佳點焊工藝參數為焊接電流6 000 A、焊接時間17 cyc、電極壓力5.0 kN、回火電流3 500 A、回火時間20 cyc。

TRIP780；電阻點焊；點焊工藝；焊后回火

0 前言

當前，在全球面臨能源匱乏和環境污染的嚴重形勢下，汽車輕量化已成為汽車發展的主要方向，而采用先進的高強度鋼板是在保證汽車安全性前提下實現汽車輕量化的有效途徑。相比于其他高強度成形鋼板，TRIP鋼具有更高的強度、塑性、應變硬化指數等，成為汽車用鋼板的熱門材料[1-2]。但是，TRIP鋼具有較高的碳當量，存在焊后硬化現象[3]，因此其焊接性一直受到汽車用戶密切關注。本研究對首鋼生產的冷軋TRIP780進行了一系列點焊工藝和力學性能試驗，探討了不同點焊工藝參數下TRIP780的焊接性能，確定了TRIP780合理的點焊規范參數范圍。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗采用首鋼生產的TRIP780，厚1.8 mm，化學成分如表1所示，力學性能如表2所示。

表1 TRIP780的化學成分%

表2 TRIP780的力學性能

1.2 試驗方法

電阻點焊試驗設備采用固定式交流凸焊機，型號為WDN-200，電極直徑7.5 mm。采用40 mm× 200mm的試件，長度方向的搭接量為40mm。剪切試樣尺寸如圖1所示。

圖1 焊點抗剪試驗和十字拉伸試驗試樣尺寸

點焊實驗執行標準為某汽車廠的企業標準，執行參數如表3所示。可焊電流范圍如表4所示，范圍為5 200～6 200 A，最優點焊電流為6 000 A。

表3 TRIP780的點焊試驗執行參數

表4 TRIP780的可焊電流和熔核直徑

由于TRIP鋼的碳當量較高，在點焊實驗時容易在焊點位置出現焊接缺陷，采取新的點焊工藝優化焊點質量，TRIP780的點焊工藝參數如表5所示。

表5 TRIP780焊接工藝參數

點焊焊點試樣制備后，選取各個不同工藝參數制備標準金相試樣，腐蝕試液為4%硝酸酒精溶液，使用DM-4000M金相顯微觀察和照相設備采集顯微組織照片，并使用Leica HXHXD-1000TM型顯微硬度計采集顯微硬度數據。選取各個不同工藝參數制備圖1所示的剪切試樣和十字拉伸試樣，并在Zwick-Z100萬能試驗機進行剪切試驗和十字拉伸試驗。

2 試驗結果與分析

2.1 金相組織分析

對0號、1號、2號、3號、4號、5號試樣的點焊焊點進行金相觀察，其焊縫金相照片如圖2所示。

在點焊試樣熔核的升溫過程中，鐵素體組織首先奧氏體化，形成細小的奧氏體，馬氏體中的碳發生偏聚且分解，從過飽和的α固溶體中析出彌散的ε-碳化物。在降溫形成熔核時，由于快速過冷，奧氏體轉化成鐵素體，鐵素體中的碳化物分解，使得碳溶于鐵素體晶格之間，形成過飽和的α-Fe，即形成馬氏體。由圖2可知，點焊焊點的金相顯微組織均為馬氏體組織，1號、3號和4號試樣馬氏體組織較為均勻，有利于力學性能的提高；0號、2號和5號試樣中馬氏體較為粗大且不均勻，力學性能有所降低。經過焊后回火能顯著優化焊點的組織結構。

2.2 顯微硬度分析

測試從一側板材的母材沿直線經過熱影響區、焊縫、熱影響區到另一側母材，兩測試點之間距離為0.2mm，TRIP780點焊焊點的顯微硬分布如圖3所示。

由圖3可知，焊縫區域的顯微硬度最高，隨著與焊縫中心距離的增加，顯微硬度逐漸降低，各個試樣的顯微硬度曲線變化規律相同，且各個試樣的焊縫區域均未出現軟化點。由圖3a可知，增加焊后熱處理工藝后點焊焊縫和熱影響區的顯微硬度顯著降低，且硬度分布均勻，有效改善了點焊焊點的硬度分布狀況。由圖3b可知，增加焊前預熱工藝，有助于降低點焊焊點區域的顯微硬度，改善點焊焊點的硬度分布狀況。由圖3c可知，在焊接時間為17cyc時，點焊焊縫區域的硬度值較高，但是相較于焊接時間為10 cyc和20 cyc時，點焊焊點區域的顯微硬度分布比較均勻，處于較好的狀態，即在其他條件一定的情況下，焊接時間17 cyc是1.8 mm TRIP780的最優焊接時間。

2.3 剪切試驗分析

各種工藝參數條件下點焊焊點的剪切力試驗數據如圖4所示。試驗數據顯示，1號試樣點焊焊點的剪切力最大，0號試樣剪切力最小，由大到小的順序依次為：1號、3號、2號、5號、0號、4號。剪切力大小的決定因素為點焊焊點熔核的直徑大小。

圖2 TRIP780點焊焊點焊縫區的顯微組織(500×)

圖3 TRIP780點焊焊點的顯微硬度分布

對比0號、4號、5號試樣可以看出，在其他條件一定的情況下，隨著焊接時間的增加，焊點剪切力不斷提高。這是因為隨著焊接時間的增加，焊接熱輸出量增加，熔核尺寸隨著內部熱源發熱量的增加而穩定增大，焊點剪切力不斷提高，達到最高后，由于焊接飛濺的出現，限制了熔核的進一步長大，從而影響了熔核的質量，所以在焊接時間范圍內，隨著焊接時間的增加，焊點剪切力不斷提高。

圖4 不同直徑的TRIP780點焊焊點剪切力對比

圖5 TRIP780點焊焊點十字拉伸強度對比

對比0號與1號、2號與3號試樣，在其他條件一定的情況下，對試樣增加焊后熱處理工序，能提高焊點的剪切力。這是因為增加焊后熱處理工序，能細化焊縫組織，提高焊點的剪切力。

對比0號與2號、1號與3號試樣，在其他條件一定的情況下，對試樣增加焊前預熱工藝，對提高焊點的剪切力沒有明顯的影響。這是因為對試樣進行焊前預熱工藝，增加焊接時的溫度，而隨著溫度的升高試樣的電阻率增高，同時金屬的壓潰強度降低，使試樣的板材與板材、板材與電極間的接觸面增大，從而引起接觸電阻的減小，在這兩種矛盾因素的影響下，要正確分析焊前預熱工藝對焊點質量的影響[4]。在不對試樣進行焊后熱處理時，適當的增加焊前預熱工藝，在熱輸出相同的條件下，能增加焊點內部熱源的發熱量，提高焊點的熔核尺寸，提高焊點的剪切力。但是如果在增加焊后熱處理工藝的情況下，增加焊前預熱工藝，會導致整個點焊過程中焊點因熱輸出過大而造成的過燒或者擊穿現象，所以這兩種工藝不宜在同一焊接過程中出現。

2.4 十字拉伸試驗分析

點焊焊點的十字拉伸強度是代表焊點抗正向拉伸載荷能力的指標之一，圖5為各種工藝參數條件下點焊焊點的正向拉伸試驗數據。1號和3號試樣焊點的十字拉伸強度較大，2號和5號試樣焊點的十字拉伸強度較小。

對比1號和3號試樣與0號試樣的十字拉伸強度可以看出，焊后的回火工藝能顯著提高焊點的正向拉伸性能，這是因為焊后回火工藝細化了焊縫和熱影響區的馬氏體組織，使馬氏體組織處于細小均勻的狀態，從微觀結構上改善焊點的正向拉伸性能。

對比2號和5號試樣與0號試樣的十字拉伸強度可以看出，焊前的預熱工藝和焊接時間的增加都顯著地降低了焊點的正向拉伸性能，這是因為焊前的預熱和焊接時間的增加，均加大了焊接的熱輸出量，有利于焊縫及熱影響區的馬氏體再生長，使馬氏體組織較為粗大，降低了焊點的正向拉伸性能。

對比0號、4號、5號試樣的十字拉伸強度可以看出，在其他條件一定的情況下，在未達到焊接時間上限的合理范圍內，焊點的正向拉伸性能處于相對穩定狀態；當焊接時間過長時，焊接的熱輸出量過大，使焊縫及熱影響區的馬氏體組織較為粗大，降低了焊點的正向拉伸性能。

3 結論

(1)首鋼生產的1.8 mm TRIP780的最佳點焊工藝參數為焊接電流6 000 A、焊接時間17 cyc、焊接壓力5 kN、回火電流3 500 A、回火時間20 cyc。

(2)各種點焊工藝參數對TRIP780高強鋼板的焊點性能的影響各不相同：焊前預熱工藝對焊點的組織和力學性能的影響較小，在合理范圍內延長焊接時間能有效地提高焊點的抗剪切性能，焊后回火工藝能有效改善焊點的組織結構和力學性能。

[1]葉 平，沈劍平，王光耀，等.汽車輕量化用高強度鋼現狀及其發展趨勢[J].機械工程材料2006，30(3)：427.

[2] Marra M，Gayden X Q.Development ofrequirements forresislall Oespot welding Dual-Phase(DP600)steels：Part1.The caues of interfacial fracture[J].Welding Journal，2005，84(11)：172-182.

[3] Vairis A，Frost M.On the extrusion stage of linear frictionwelding of Ti 6AL 4V[J].Materialscienee and Engineering，1999，271(1-2)：477-484.

[4]中國機械工程學會焊接學會.焊接方法與設備焊接手冊(第1卷，第2版)[M].北京：機械工業出版社，2002：328.

Study on resistance spot welding technology and properties of TRIP780 high strength steel

WANG Wei，ZHANG Yong-qiang，LIU Xing-quan，JIA Song-qing，ZHANG Jun
(Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China)

A series of resistance spot welding teachnology for TRIP780 high strength steel were researched.To find which parameters，such as welding preheating，postweld tempering and welding time，play an important role to resistance spot welding，metallographic analysis，microhardness，shear tests and cross tensile test were used in the study of the spot welding.The research and analysis conclusion as follows：welding preheating had little influence on the organization and the mechanics properties,welding time which in the reasonable scope could effectively improve the shear performance,postweld tempering could effectively improve the organizational structure and mechanics performance.It had determine the optimal parameters of the welding process，such as welding current was 6 000 A，welding time was 17 cyc，electrode′s pressure was 5.0 kN，tempering current was 3 500 A and tempering time was 20 cyc.

TRIP780；resistance spot welding；resistance spot welding technology；postweld tempering

TG453+.9

B

1001-2303(2011)10-0073-04

2011-04-27

王 威(1985—)，男，河南人，工程師，學士，主要從事汽車板焊接工藝設計工作。