高鋁高強(qiáng)汽車用鋼的電阻點(diǎn)焊試驗(yàn)研究

黃治軍 陳 宇 張 萍

（武鋼研究院 湖北 武漢：430080）

高鋁高強(qiáng)汽車用鋼的電阻點(diǎn)焊試驗(yàn)研究

黃治軍 陳 宇 張 萍

（武鋼研究院 湖北 武漢：430080）

采用常規(guī)點(diǎn)焊工藝，對(duì)用于生產(chǎn)TRIP700及DP700汽車板的1.5mm厚的高Al高強(qiáng)鋼冷軋?jiān)暹M(jìn)行了電阻點(diǎn)焊試驗(yàn)，得到了合格的點(diǎn)焊強(qiáng)度及破裂模式，說明其有良好的電阻焊性能。焊點(diǎn)的金相組織為馬氏體。剝離試驗(yàn)與拉剪試驗(yàn)焊點(diǎn)失效模式有一定的差異。該鋼合金含量較高，點(diǎn)焊工藝窗口較窄。

高Al；高強(qiáng)鋼；電阻點(diǎn)焊

0 前 言

使用高強(qiáng)鋼是汽車輕量化的一個(gè)重要途徑。而在高強(qiáng)鋼中，相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）及雙相鋼（DP鋼）因其具有優(yōu)良的強(qiáng)塑性而備受青睞。TRIP鋼具有高強(qiáng)度及高延性，早期的TRIP鋼含有較多的Ni及Cr元素，成本較高，由此導(dǎo)致Si－Mn合金系及含Al－Nb系TRIP鋼的開發(fā)。TRIP鋼通過冷軋連續(xù)退火得到的，其室溫組織主要由鐵素體、貝氏體以及殘余奧氏體三相構(gòu)成。DP鋼室溫組織主要由鐵素體和馬氏體構(gòu)成，鐵素體為基體相，島狀馬氏體分布于其上。軟的鐵素體賦予DP鋼優(yōu)良的塑性，硬的馬氏體則賦予其高的強(qiáng)度［1，2］。兩種鋼可以采用相同化學(xué)成分的冷軋鋼經(jīng)不同的熱處理工藝軋制而成。如DP鋼經(jīng)780℃臨界退火5分鐘，再水淬至室溫制成；TRIP鋼經(jīng)780℃臨界退火5min，在400℃保溫5min，再空冷至室溫制成。

TRIP鋼及DP鋼在應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行點(diǎn)焊，用于生產(chǎn)TRIP鋼和DP鋼的冷軋?jiān)逡彩切枰附拥摹：笳甙l(fā)生在軋制時(shí)進(jìn)行連續(xù)退火處理前，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)而進(jìn)行的鋼卷與鋼卷的連接。電阻縫焊是主要的連接方式之一，其與電阻點(diǎn)焊的原理基本相同。

對(duì)于高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊，由于合金元素含量的增加，一方面，在同樣焊接電流下，因焊接處電阻增加將產(chǎn)生更多熱量；另一方面，在點(diǎn)焊快速冷卻條件下，焊后焊點(diǎn)產(chǎn)生淬硬組織的傾向大為增加。同時(shí)，因?yàn)殇撡|(zhì)較硬，焊接處不易變形，難以對(duì)熔化的焊核形成較好的包裹，飛濺傾向增加，焊點(diǎn)產(chǎn)生縮孔等的傾向增加［3］。對(duì)于含Al的TRIP鋼，有DP600鋼的點(diǎn)焊報(bào)道［4］。DP600含Al量為約0.84%，其雖有較好的點(diǎn)焊性能，但已顯示出點(diǎn)焊性能不如普通鋼種的傾向。但對(duì)于具有更高Al含量的700MPa級(jí)TRIP鋼，目前已開展的研究不多。因此對(duì)冷軋?jiān)暹M(jìn)行電阻點(diǎn)焊試驗(yàn)，對(duì)于TRIP鋼及DP鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。

1 點(diǎn)焊試驗(yàn)條件及工藝

試驗(yàn)鋼厚度為1.5mm，化學(xué)成分如表1所示。試驗(yàn)采用DZ－3×40三相次級(jí)整流點(diǎn)焊機(jī)，和工頻交流焊機(jī)相比，該機(jī)焊接電流更為平穩(wěn)，焊接過程較為穩(wěn)定，焊接高強(qiáng)鋼，更容易得到合格質(zhì)量的焊點(diǎn)。電極為球面型，端部直徑為7mm。

表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（wt%）

試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置從焊點(diǎn)尺寸不足（此處為界面型開裂）直到產(chǎn)生飛濺。每個(gè)參數(shù)進(jìn)行一次焊接試驗(yàn)，觀察焊接飛濺情況，并進(jìn)行剝離試驗(yàn)。正如所設(shè)計(jì)的那樣，在焊接試驗(yàn)過程中，焊接電流由大到小時(shí)，有明顯的飛濺區(qū)、無飛濺且焊點(diǎn)合格區(qū)及無飛濺焊點(diǎn)不合格區(qū)。采用既無飛濺又有足夠焊點(diǎn)尺寸的參數(shù)焊接焊點(diǎn)拉剪試樣。

所有試樣焊接時(shí)間為0.2秒，焊接壓力為30kN，實(shí)際焊接電流及焊接工藝現(xiàn)象如表2所示。

表2 實(shí)際焊接工藝參數(shù)

2 焊點(diǎn)剝離試驗(yàn)及拉伸試驗(yàn)

焊點(diǎn)剝離試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。分別以剝離試驗(yàn)結(jié)果較好的2、3、4號(hào)參數(shù)焊接拉剪試樣，分別得到8a、8b（見圖1（a））、8c，9a、9b、9c（見圖1（b））及10a、10b、10c（見圖1（c））試樣。并對(duì)8a、8b、9a、9b及（10a、10b）進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。拉剪后的試樣如圖1所示，拉剪試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。9a、9b及10a、10b樣均出現(xiàn)了扣／孔式模式，為傳統(tǒng)意義上合格的焊點(diǎn)。但8a、8b試樣則沒有出現(xiàn)，說明剝離試驗(yàn)結(jié)果與拉剪試樣結(jié)果有一定的差別，說明剝離試驗(yàn)與拉剪試驗(yàn)受力情況的差別會(huì)使焊點(diǎn)失效模式產(chǎn)生差別。若以拉剪試驗(yàn)結(jié)果判斷，合適的電流范圍變小。由于試驗(yàn)所選取的電流變化幅度較大（本試驗(yàn)約為400A～500A），因此若想得到比較精確的電流范圍，需減少電流的變化幅度。

圖1 點(diǎn)焊接頭拉伸試樣

表3 點(diǎn)焊拉剪試驗(yàn)結(jié)果

可以看出，（10a、10b）試樣拉斷力最大，平均為24030N；（9a、9b）試樣平均為22818N；（8a、8b）試樣最小，平均為21818N。（8a、8b）試樣的拉剪力比（10a、10b）的低約10%。

3 焊點(diǎn)金相分析

選擇8c、9c及10c進(jìn)行焊點(diǎn)金相分析。從直徑處剖開焊點(diǎn)，觀察焊點(diǎn)截面宏觀形貌，并分析焊點(diǎn)焊核、過熱區(qū)、正火區(qū)及母材組織。三個(gè)試樣焊點(diǎn)各區(qū)的組織基本相同，圖2展示了三個(gè)試樣焊點(diǎn)的宏觀形貌，只展示了9c樣各區(qū)金相組織。

可以看出，三個(gè)焊點(diǎn)成形良好，熔核均勻規(guī)則，熔核外有較好的包裹層，焊點(diǎn)中無明顯缺陷。熔核中可見明顯的晶粒生長(zhǎng)方向，即沿與電極基本平行的方向、也即冷速最快的方向生長(zhǎng)，在焊核中心會(huì)合，在會(huì)合處可見明顯的交會(huì)線。交會(huì)線是焊核較易出現(xiàn)缺陷、因而也是較薄弱的部位，尤其是對(duì)于高強(qiáng)鋼。如若產(chǎn)生焊點(diǎn)界面斷裂，往往發(fā)生于此部位，斷裂界面平整（8a及8b試樣）。

焊核、熱影響區(qū)及正火區(qū)組織均為馬氏體，但其組織仍顯示一定的差異。馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開始產(chǎn)生。隨著溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，直到溫度達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf。馬氏體還可以在壓力作用下形成。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過熱量和壓力兩種方法進(jìn)行。在焊接過程中，焊核溫度最高，部分產(chǎn)生熔化，其次是過熱區(qū)，因此這個(gè)區(qū)域的晶粒長(zhǎng)大較為明顯。

圖2 焊點(diǎn)金相分析

由于電阻點(diǎn)焊與電阻縫焊原理基本相同，點(diǎn)焊試驗(yàn)的成功意味著只要焊接工藝適當(dāng)（與此文點(diǎn)焊相對(duì)應(yīng)的工藝），縫焊也是可以成功的。

4 結(jié) 論

（1）采用合適的點(diǎn)焊工藝焊接700MPa級(jí)高Al高強(qiáng)汽車用鋼，可以得到合格的點(diǎn)焊質(zhì)量，但工藝窗口變窄；

（2）該鋼合金元素含量較高，在點(diǎn)焊快速加熱和冷卻的條件下，點(diǎn)焊接頭金相組織為馬氏體；

（3）由于焊點(diǎn)受力方向不同，剝離試驗(yàn)與拉剪試驗(yàn)產(chǎn)生的焊點(diǎn)失效模式可能會(huì)顯現(xiàn)出一定的差異。

［1］ R.Zubiadle，J.M.Rodriguez and J.Belzunce，etc.Influence of annealing cycle parameters on final microstructure and mechanical properties of a new experimental low alloyed TRIP steel grade［C］.2nd Super high strength international conference，October 17～22，2010，Verona.

［2］ 張繼誠(chéng)，符仁鈺，張 梅.相同成分DP鋼和TRIP鋼部分力學(xué)性能的比較［J］.熱加工工藝，2006，35（22）：13－16.

［3］ Stefan Schreiber，Steffen Keitel and Reinhard Winkler，etc.Resistance welding of high strength steels combination［C］.2nd Super high strength international conference，October 17～22，2010，Verona.

［4］ 龔 濤，繆 凱，王 輝，等.600MPa級(jí)高Al冷軋雙相鋼的點(diǎn)焊工藝研究［J］.電焊機(jī)，2011，41（4）：65－68.

Research to Resistance Spot Welding of High Strength Automobile Steel with High Al

HUANG Zhijun CHEN Yu ZHANG Ping

Resistance spot welding experiment of 1.5mm thick high strength steel with high Al for TRIP700and DP700production is carried out.By using ordinary welding technology，qualified welding strength and failure mode are obtained，which indicates good resistance welding property.The microstructures of the welded joint are martensite.The failure modes are somewhat different for peeling test and tensile shear test.This steel has narrower welding lobe because of its higher alloy content.

high Al；high strength；resistance spot welding

TG113.26＋3

A

1671－3524（2012）03－0018－03

（責(zé)任編輯：李文英）

2012－08－07

黃治軍（1965～），男，正高級(jí)工程師.E－mail：zhijhuang＠163.com