汽車用DP800雙相鋼點焊工藝窗口和接頭性能

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（1.浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江寧波315000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術中心，安徽馬鞍山243000）

0 前言

隨著節能減排及整車安全法規政策要求的不斷提升，在不影響安全性能的前提下，主機廠為了達到汽車車身的輕量化效果，車身高強鋼的應用比例呈逐年上升趨勢[1-2]。據統計，2000年以前的自主品牌車型的車身用高強鋼比例基本都在20%以下，到2016年，自主品牌主流車型的車身高強鋼比例已提高到約60%，與主流合資品牌車型基本處于同一水平。高強鋼中的雙相鋼因其具有高強度、良好的成形性能和防撞能量吸收性能等特點，成為汽車車身冷沖壓零件上應用最多的高強鋼鋼種[3]。在國際鋼鐵協會的超輕鋼車身——未來先進概念車（ULASB-AVC）計劃中，高強鋼用量占97%，雙相鋼用量比例高達74%[4]。

電阻點焊具有生產效率高、易于實現自動化等優點，廣泛應用于汽車工業，是高強鋼板的主要焊接方法[5]。在此以2.0 mm厚的DP800為對象，研究焊接工藝參數窗口和接頭微觀組織及性能，對汽車車身零件焊接工藝及性能設定具有指導作用。

1 試驗材料和方法

試驗材料為2.0 mm厚DP800冷軋板，材料化學成分見表1。試板尺寸為150 mm×50 mm×2.0mm，焊接設備采用DTMC-0052-1型伺服點焊機，使用16×23 mm鉻鋯銅電極，球形端面直徑6 mm。拉剪試樣接頭形式如圖1所示。

表1 DP800化學成分 %

圖1 拉伸剪切試驗試板

根據GMW-5A標準測試點焊工藝窗口，焊接工藝參數如表2所示；拉剪力數值取3個焊點實際拉剪力的平均值。沿焊核直徑最大處截取金相試樣，采用4%的硝酸酒精溶液侵蝕磨拋后的試樣，觀察金相組織。

表2 焊接工藝參數

2 試驗結果和分析

2.1 DP800高強鋼點焊工藝窗口

焊接工藝窗口是通過建立最小焊核尺寸曲線和飛濺發生曲線而得到的。DP800點焊工藝窗口如圖2所示，最小焊核尺寸曲線由A、B、C三點組成，飛濺產生曲線由D、E、F三點組成。當電極壓力為3.8kN，單脈沖焊接時間為 110ms、120ms、130ms時，得到的焊接電流范圍分別為2.1 kA、2.0 kA、1.9 kA。根據GM標準可知，DP800的可焊性范圍滿足要求。

圖2 DP800電阻點焊工藝窗口

2.2 工藝參數對焊點性能的影響規律

焊接電流、焊接時間和電極壓力對接頭拉剪力的影響見圖3。由圖3a可知，當焊接時間為120ms、電極壓力為3.8 kN、焊接電流在9～11 kA變化時，隨著焊接電流的增加，焊點拉剪力逐漸增加，在10.5 kA時達到峰值，隨后趨于平穩。由圖3b可知，保持焊接電流10 kA、電極壓力3.8 kN不變，焊接時間在80～160 ms變化時，隨著焊接時間的增加，焊點拉剪力逐漸增加，在140 ms時達到峰值，隨后趨于平穩。由圖3c可知，保持焊接電流10 kA、焊接時間120 ms不變，電極壓力在2～6 kN變化時，隨著電極壓力的增大，焊點拉剪力呈先增加后降低的趨勢。焊接參數影響焊點拉剪力的內因是不同的焊接參數具有不同的熱輸入，隨著焊接電流的增加，熱輸入量逐漸增大，導致焊點直徑增加，所能承載的拉剪力也增加，但當熱輸入大于一定值時，焊核內會發生飛濺缺陷，拉剪力無法持續增加。焊接時間對拉剪力的影響規律與電流大致相同。當電極壓力較小時，焊接過程中接觸電阻很大，瞬間通過接觸面的電流密度極大，容易產生焊接初期飛濺，導致焊核直徑較小；當電極壓力較大時，銅電極對焊接區域的散熱作用明顯，加之電流密度降低引起析熱聚集度變小，最終導致焊核直徑減小。

2.3 DP800焊點顯微組織

DP800電阻點焊接頭各區域的組織形貌如圖4所示。焊接接頭主要由母材區、焊接熱影響區和焊核區部分組成。母材為冷軋退火態組織呈帶狀，顯微組織由基體相鐵素體和強化相馬氏體組成，如圖4a所示。焊接接頭熱影響區的形貌如圖4b所示，該區域的晶粒組織細小，帶狀形貌消失，靠近焊核的區域內部僅存在馬氏體相，遠離焊核的熱影響區中存在部分條帶狀的鐵素體，這是因為在焊接過程中，此部分區域未完全奧氏體化，部分鐵素體被保留下來。焊核區內部為粗大柱狀晶，為典型的凝固組織，在加熱后期焊核內部的熱輸入小于散熱，由于電極頭的冷卻作用，靠近外側的液態金屬首先結晶，晶粒的擇優生長特性使晶粒沿外側向焊核中心長大，直至液態金屬全部結晶完畢。在隨后的冷卻過程中發生貝氏體轉變和馬氏體轉變，由于冷卻速度大，貝氏體轉變區域停留時間短，因此焊核內部主要由馬氏體和少量的貝氏體組成，如圖4c所示。

圖3 工藝參數對焊點拉剪力的影響

圖4 DP800電阻點焊接頭的各區域的組織形貌

在材料研究中，硬度數據不但用來表征材料的使用性能，而且可通過硬度試驗獲得材料微觀結構的有關信息。冷軋DP800典型點焊接頭顯微硬度分布如圖5所示。由圖5可知，焊縫的硬度均顯著高于母材，整個焊縫區的硬度分布無明顯波動，且在低溫熱影響區附近有軟化現象，但軟化程度較小，合理的點焊工藝可有效控制該現象。

圖5 點焊接頭的維氏硬度分布

4 結論

（1）DP800高強鋼焊接性較好，在不同的焊接時間下，焊接電流范圍的平均值為10 kA，點焊工藝窗口滿足工業應用的要求。

（2）隨著焊接電流和焊接時間的增加，焊點拉剪力先增加后趨于平穩，隨著電極壓力的增加，點焊拉剪力先增加后減小。

（3）焊點熱影響晶粒細小，由馬氏體組織構成；焊點熔核內部為典型的柱狀晶，顯微組織為馬氏體和少量的貝氏體。

（4）在冷軋DP800高強鋼點焊接頭熱影響軟化區，低溫熱影響區附近有軟化現象，但軟化程度較低，未對性能造成明顯影響。

[1]IIANA B Z，HODGSON P D.Characterization of the Bakehardening behavior of transformation induced plasticity and Dual-phase steels using advanced analytical techniques[J].ISIJ International，2010，50（4）：574-582.

[2]于燕，陳軍，賈坤寧.DP800高強鋼板的點焊性能研究[J].熱加工工藝，2010，39（1）：17-19.

[3]李秋魁，孫希慶，張武，等.800 MPa級冷軋雙相鋼點焊工藝性能[J].電焊機，2016，46（11）：107-110.

[4]馬鳴圖.汽車結構用鋼的進展[J].汽車工程，2005（3）：269-273.

[5]Hildithch T B，Speer J G，Matlock D K，et al.Effect of susceptibility to interfacial fracture on fatigue properties of spot welded high strength sheet steel[J].Materials and Design，2007（25）：2566-2576.