多脈沖熱成型鋼點(diǎn)焊工藝研究

汪 飛，毛建華，林讀超，田永強(qiáng)

（廣汽乘用車(chē)（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

1 引言

隨著汽車(chē)安全性能、防腐性能和車(chē)身輕量化的發(fā)展潮流，鍍鋅板與熱成型鋼越來(lái)越多使用于車(chē)身生產(chǎn)制造中，據(jù)試驗(yàn)證明：汽車(chē)重量降低10%，油耗可降低6%~8%。熱成型鋼不僅提升了整車(chē)碰撞性能，又減輕了車(chē)身重量，降低了油耗，提升了節(jié)能環(huán)保性能。汽車(chē)上使用熱成型鋼又叫做硼鋼（B鋼），B元素的作用主要是提高鋼板的淬透性，增強(qiáng)鋼板的力學(xué)性能[1]。以常用的22MnB5為例，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。熱成型鋼板組可焊性較差，會(huì)產(chǎn)生大飛濺，焊點(diǎn)表面產(chǎn)生毛刺影響后工序裝配，需要耗費(fèi)人力和物力打磨清理，焊點(diǎn)飛濺也可能會(huì)造成焊點(diǎn)不良，影響整車(chē)合格率[2]。傳統(tǒng)的軟規(guī)范和硬規(guī)范已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求，本文對(duì)預(yù)熱、預(yù)熱+單脈沖/多脈沖焊接方式進(jìn)行研究，分析焊接飛濺、力學(xué)性能等情況，選出最優(yōu)焊接工藝，為大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)提供參考。

表1 22MnB5中各化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)基于某車(chē)型B柱三層板組進(jìn)行焊接，材料為寶鋼生產(chǎn)0.7mmGD54D+ZF-SL鍍鋅板、1.4mmGHF1500AS與1.4mmGHF1500AS熱成型鋼，試片長(zhǎng)110mm，寬35mm。采用ABB機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊，電極帽材質(zhì)為Cr-Zr-Cu，端面為6mm，試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)工藝參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 點(diǎn)焊表面及KSR曲線(xiàn)

在不同脈沖次數(shù)下ABB機(jī)器人點(diǎn)焊時(shí)，利用BOS600控制器對(duì)電阻曲線(xiàn)進(jìn)行收集，此模式下為恒流KSR記錄。BOS600控制器本身具有監(jiān)控焊接過(guò)程中電阻隨時(shí)間變化的功能，同時(shí)該曲線(xiàn)能夠根據(jù)電阻值的陡降判斷焊接過(guò)程中是否產(chǎn)生飛濺及何時(shí)產(chǎn)生飛濺。不同脈沖次數(shù)下焊核表面毛刺及KSR曲線(xiàn)情況分別如圖1、2所示。

圖1 點(diǎn)焊表面飛濺毛刺對(duì)比

圖2 KSR電阻曲線(xiàn)對(duì)比

圖1a）、圖1c）分別為預(yù)熱焊接、預(yù)熱焊接+二次脈沖焊接，焊點(diǎn)表面無(wú)飛濺毛刺，KSR曲線(xiàn)平滑未發(fā)生飛濺現(xiàn)象。圖1b）、圖1d）分別為預(yù)熱焊接+一次脈沖、預(yù)熱焊接+三次脈沖焊接，焊核表面均有飛濺毛刺，且預(yù)熱焊接+一次脈沖在241ms與350ms共產(chǎn)生兩次飛濺，預(yù)熱焊接+三次脈沖預(yù)熱在266ms處產(chǎn)生飛濺。

3.2 焊核直徑與抗拉強(qiáng)度

將4組試樣分別進(jìn)行線(xiàn)切割、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光、4%硝酸酒精溶液腐蝕，利用德國(guó)徠卡DVM6A型立體顯微鏡測(cè)量焊核直徑，如圖3所示，藍(lán)色線(xiàn)條之間為鍍鋅鋼板與熱成型鋼焊核（焊核①），紅色線(xiàn)條之間為熱成型鋼與熱成型鋼焊核（焊核②），板材3為0.7mm鍍鋅板，美特斯CMT5105型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試，見(jiàn)表3。

圖3 立體顯微鏡

表3 焊核直徑與抗拉強(qiáng)度

當(dāng)僅采用預(yù)熱焊接時(shí)，焊核①鍍鋅板與熱成型鋼之間裂縫較多，受熱痕跡不明顯，有效焊核連接部分只有3.882mm，焊核②處為熱影響區(qū)，熱成型鋼與熱成型鋼之間未形成有效連接，兩處焊核的抗拉強(qiáng)度均為達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)焊接方式為預(yù)熱焊接+一次/二次/三次脈沖焊接時(shí)，鍍鋅板與成型鋼熔化明顯，鍍鋅板壓痕深度至少減少50%，焊核呈規(guī)則的橢圓形，焊核直徑和抗拉強(qiáng)度均符合要求。

3.3 金相顯微分析

采用奧林巴斯GX53型金相顯微鏡觀察焊核組織結(jié)構(gòu)，如圖4所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅采用預(yù)熱焊接時(shí)，焊核區(qū)域發(fā)現(xiàn)三處橢圓形針孔，最大的長(zhǎng)704μm、寬308μm；預(yù)熱焊接+一次/二次脈沖，未顯示針孔及其他缺陷，焊核組織完好；當(dāng)預(yù)熱焊接 +三次脈沖時(shí)，發(fā)現(xiàn)4處不規(guī)則氣孔，最長(zhǎng)的138μm、寬83μm。

圖4 金相顯微鏡

4 結(jié)論

1）當(dāng)脈沖次數(shù)達(dá)到一、三段時(shí)產(chǎn)生飛濺，KSR曲線(xiàn)出現(xiàn)陡降現(xiàn)象，焊點(diǎn)表面有毛刺，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤視頻拍攝有飛濺，當(dāng)只有預(yù)熱焊接或二次脈沖時(shí)無(wú)飛濺，KSR曲線(xiàn)更加平滑。

2）焊接脈沖之間設(shè)定的冷卻時(shí)間（40ms），此階段無(wú)電流作用而壓力保持不變，焊核不增長(zhǎng)而塑性環(huán)持續(xù)增大，有效避免了焊核增長(zhǎng)速度大于塑性環(huán)產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象。

3）預(yù)熱焊接時(shí)焊核直徑及抗拉強(qiáng)度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，多脈沖情況下符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4）針 對(duì)0.7mmGD54D+ZF-SL鍍 鋅 板、1.4mmGHF 1500AS與1.4mmGHF1500AS熱成型鋼板組，焊接方式為預(yù)熱焊接+二段脈沖時(shí)，既無(wú)飛濺、焊核直徑及抗拉強(qiáng)度符合要求，金相組織無(wú)氣孔產(chǎn)生，為最優(yōu)焊接方式。