電阻-激光組合點焊工藝對熱沖壓高強鋼焊接接頭力學性能的影響

樊迎光，李 迎，宋振源

（衡水學院，河北 衡水 053000）

0 前言

如何獲得良好的沖壓高強鋼焊接接頭一直是國內外相關領域研究的難點。目前大多采用電阻焊和激光焊兩種獨立的焊接方式[1]。北京工業大學劉新霞等人研究得出，采用電阻點焊熱沖壓高強鋼容易形成飛濺、焊接工藝窗口小、所需焊接壓力大的結論[2]。吉林大學谷諍巍等人對激光點焊熱沖壓高強鋼進行了研究[3]。雖然激光點焊熱沖壓高強鋼具有熱作用范圍窄、焊接速度快、生產效率高等優點，但是由于激光點焊聚焦光斑小，對熱沖壓高強鋼結構件的裝配要求高，因此工件加壓及卸壓就顯得格外重要。本研究結合這兩種焊接工藝特點，提出電阻-激光組合點焊焊接工藝，這種方式是先采用電阻點焊使工件加壓固定，然后再采用激光點焊在焊核周圍進行焊接[4-5]。目前這種新型的組合焊接工藝在國內外并沒有相關的報道，為了驗證該工藝的實效性，進行了焊接實驗，通過實驗證明這種組合點焊工藝可以獲得優良的焊接接頭，既能避免電阻點焊產生大量的飛濺，又能滿足激光點焊裝配精度的要求。

1 實驗方法

電阻點焊設備采用NIMAK焊接機器人X型點焊鉗。激光點焊設備采用DC-035、slab CO2激光器。焊接材料為1 600 MPa級的熱沖壓高強鋼。

電阻點焊工藝設置如表1所示，方式有兩種：一種焊接電流為6 kA，記作D1；另一種焊接電流為8.2 kA，記作D2。激光點焊工藝設置如表2所示，方式有兩種：一種焊接速度為1.5 m/min，記作J1；另一種焊接速度為1.0 m/min，記作J2。電阻-激光組合點焊焊接工藝如表3所示。

表1 電阻點焊實驗工藝

表2 激光點焊實驗工藝

表3 電阻-激光組合點焊實驗工藝

焊前試件搭接方式如圖1所示。焊后對焊接接頭進行顯微組織分析和硬度測試，在萬能實驗機上進行剪切拉伸測試。

圖1 電阻-激光組合點焊試件搭接方式

2 實驗結果分析

2.1 焊接接頭組織

將焊接接頭分為7個區域，各區域金相組織顯微組織如圖2所示。b處HAZ-1為高溫回火組織，在焊接中由于碳化物析出并在奧氏體晶界發生聚集形成。c處HAZ-2為馬氏體M+鐵素體F，是奧氏體化不完全形成。d處HAZ-3為細小晶粒的馬氏體，是在焊接過程中，奧氏體晶粒沒有長大，冷卻后形成的細小晶粒的馬氏體組織。e處是激光點焊熔核區，為粗大晶粒的馬氏體，是奧氏體晶粒充分長大形成。f處是激光焊環內側熱影響區，為馬氏體+鐵素體+碳化物，是電阻點焊的熱影響區不完全淬火組織在激光點焊熱量作用下形成。g處是激光焊環內側熱影響區與電阻點焊熱影響區交界處，為細晶粒馬氏體+碳化物，是電阻點焊的熱影響區完全淬火組織在激光點焊熱量作用下發生回火后形成。h處是電阻點焊熔核區，為板條狀馬氏體+碳化物，是回火后粗大的馬氏體組織析出碳化物形成。

2.2 焊接接頭硬度測試

焊接接頭硬度測試曲線如圖3所示。由圖3可知，母材、激光點焊焊核處和HAZ-3處的硬度值較高，電阻點焊焊核處和HAZ-1處硬度明顯大幅度下降。因為母材和激光點焊焊核處組織為粗大的馬氏體，HAZ-3處組織為細小晶粒的馬氏體組織，都有較高的硬度。而電阻點焊焊核處組織為回火組織，HAZ-1處也是高溫回火組織，硬度較低。

2.3 焊接接頭力學性能測試

電阻-激光組合點焊焊接接頭的剪切力和斷裂模式測試如表4所示。由表4可知，電阻-激光組合點焊工藝下的焊接接頭要比電阻、激光單一工藝下的接頭質量高，最大剪切力有了很大提高，組合點焊焊接接頭的有效接觸面積是單獨工藝下的兩者之和，剪切力大大提高。

圖3 電阻-激光點焊實驗焊接接頭硬度分布

表4 力學性能與斷裂模式

單獨電阻點焊焊接接頭的斷裂模式為界面斷裂和焊核拔出兩種；單獨激光點焊焊接接頭的斷裂模式為界面斷裂。組合點焊焊接接頭斷裂模式分為三種，即界面斷裂、激光側界面斷裂+電阻焊核處焊核拔出、焊核拔出，如圖4所示。界面斷裂主要是因為平行焊核中心的剪切力造成；焊核拔出主要是因為垂直于焊核中心的拉應力造成的。隨焊核直徑的增大，最大斷裂載荷也相應的增大，由于界面斷裂增強幅度要大于焊核拔出增強幅度，所以電阻點焊斷裂模式由界面斷裂轉變為焊核拔出。激光點焊有效接觸面積小，大多為界面斷裂。組合點焊焊接接頭有效接觸面積為兩者之和，因此會出現焊核拔出，另外如果電阻焊核較大同時激光點焊較窄時，斷裂會從激光側形成界面斷裂，最后發展成電阻點焊焊核拔出的斷裂模式。

3 結論

分析了電阻-激光組合點焊工藝對熱沖壓高強鋼焊接接頭組織、力學性能產生的影響。整個焊接接頭分為電阻點焊區和激光點焊區。其中母材、激光點焊焊核處和HAZ-3處硬度值較高；電阻點焊焊核處和HAZ-1處硬度值比較低，為軟化區。組合點焊焊接接頭的有效接觸面積是單獨點焊工藝下的兩者之和，剪切力較高。

圖4 電阻-激光組合點焊焊接接頭斷裂模式

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[1]陳樹君，于 洋，王 超，等.超高強馬氏體鋼中頻電伺服點焊技術[J].電焊機，2010，40（5）：70-73.

[2]劉新霞.汽車車身輕量化材料點焊工藝的研究[D].北京：北京工業大學碩士學位論文，2008:68-70.

[3]谷諍巍，張正林，于 鳴，等.超高強度鋼板沖壓件的激光點焊性能[J].吉林大學學報：工學版，2010（3）：705-708.

[4]陳樹君，王 超，郝素鋒，等.熱沖壓高強鋼電阻+激光組合點焊工藝[J].焊接學報，2013，34（5）：5-8.

[5]李海賓，陳 鎧，肖榮詩，等.熱成形硼鋼激光焊接與電阻點焊接頭性能對比研究[J].電加工與模具，2012（1）：20-23.