超高屈服強度材料凸焊熔深問題分析及解決方法

陳磊，郭真真，徐遠鋒

(1.延鋒安道拓座椅有限公司寧波杭州灣新區分公司，浙江寧波 315000；2.寧波新眾汽車零部件有限公司，浙江寧波 315000)

0 引言

隨著汽車行業的發展，汽車輕量化的優勢越來越明顯，根據相關研究數據表明：若汽車整車質量減輕10%，燃油效率可提高8%[1]；汽車質量降低1%；油耗可降低0.7%；汽車整備質量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.3～0.6 L。所以汽車行業輕量化將成為發展趨勢。同時由于熱成型鋼板與普通鍍鋅鋼板相比具有超高強度和極高的機械安全性能，在同等安全性能要求情況下，使用熱成型鋼板將大大降低車身質量，所以在汽車行業熱成型鋼板正在廣泛運用。熱成型鋼板焊接中常用的有點焊和凸焊，同時相比較而言凸焊的焊接工藝難度大大高于點焊。本文作者所要闡述的熱成型件凸焊熔深問題(母材熔化部的最深位與母材表面之間的距離)，這也是目前在汽車行業普遍存在的具有一定工藝難度的問題。

1 試驗過程及試驗結果

文中以熱成型材料牌號USIBOR 1500R為例進行分析超高屈服強度材料的熔深不足和熔深難形成等問題，闡述焊接過程中解決該材料凸焊熔深問題的經驗和方法。USIBOR 1500R材料板厚1.2 mm，主要化學成分及力學性能見表1和表 2。

表1 USIBOR 1500R化學成分

表2 USIBOR 1500R力學性能

牌號10B21材料的螺母主要化學成分及力學性能見表3,凸焊螺母如圖1所示。

表3 螺母化學成分及力學性能

圖1 凸焊螺母

熱成型材料本身材質的特殊性，在焊接過程中常出現焊接強度不足缺陷，文中凸焊螺母焊接使用常見的電阻焊(凸焊)進行焊接，依照VW01103熔深標準0.2 mm，裝配扭矩9 N·m；考慮到熱成型件的高強度特性，按照表4焊接參數進行多組試驗(記為試驗1)，進行焊接強度檢驗和金相狀態下零件的熔深測量，如圖2所示。其中圖2(a)不合格是形成焊核，未形成有效熔深，圖2(b)不合格是熔深0.16 mm未達到標準0.2 mm的要求。

表4 焊接參數和焊后檢測結果

圖2 試驗1焊接結果

試驗1中3組試驗結果均無法滿足焊接標準要求，分析試驗結果失敗原因是在焊接的過程中壓力緩慢增加，圖1中螺母凸臺隨著電流和壓力雙重作用被提前擠壓變形，導致焊接時凸臺實際電流密度不足，無法滿足焊接要求。

試驗1多次調試后均無法達到客戶焊接要求，在進行材料強度分析后進行了試驗2(焊接參數見表5)，凸焊機加裝電磁比例調壓裝置進行焊接，在設置參數時，預先加壓至1.034 25 MPa母凸臺未有壓潰現象，在氣缸中增壓至3.309 6 MPa保持200 ms后，瞬間作用在凸焊螺母表面進行焊接。整個焊接過程分為3個階段，分別由預熱、焊接與回火組成，表5為對應的焊接參數，焊接結果如圖3所示，由圖3可知螺母熔深0.36 mm，滿足客戶0.2 mm的要求。

表5 焊接參數(單次)和焊后檢測結果

圖3 試驗2焊接結果

試驗2能夠取得成功，主要是考慮到兩種材料屈服強度差別過大，常用的加壓方法會使凸焊螺母凸臺在加壓過程和電流作用下提前被壓變形的缺點，而采用電磁比例裝置可以讓壓力瞬間作用在凸焊螺母上，在焊接的瞬間降低了兩種材料屈服強度差異過大對焊接結果的影響。

2 結論

通過2次試驗得出超高屈服強度材料與常規鍍鋅螺母凸焊，焊接參數中的焊接壓力設置起到至關重要的作用，常規的焊接過程中焊接壓力是逐步加壓的過程，材料較軟的凸臺會在加壓過程中被壓變形，導致焊接時兩者實際焊接能力不足；文中試驗2所采用的電磁比例裝置設置的焊接壓力可以在焊接瞬間釋放，解決了凸焊螺母凸臺在加壓過程被提前壓變形的問題，即在一定程度上解決了兩者材料的屈服強度差距過大對焊接過程的影響。試驗2凸焊后熔深能達到了0.2 mm，滿足客戶要求。