汽車用熱鍍鋅鋼板DX56D+Z電阻點焊工藝參數(shù)優(yōu)化

張 建 龍 安

(1.武漢鋼鐵(集團(tuán))公司研究院 湖北 武漢：430080；2.華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 湖北 武漢：430074)

0 引言

近年來汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，2010年我國汽車總產(chǎn)量600萬輛，2013年汽車產(chǎn)量已突破2000萬輛。隨著汽車產(chǎn)量的增大，人們對汽車品質(zhì)要求越來越高，具有較強抗腐蝕能力的鍍鋅鋼板在汽車中應(yīng)用比例不斷加大[1]。

汽車制造中，電阻點焊是主要的焊接工藝，與無鍍鋅鋼板相比，鍍鋅鋼板的點焊性能較差。由于表面鋅層的存在，鍍鋅鋼板點焊時接觸電阻小，焊接電流密度小，點焊時比普通低碳鋼相比焊接電流增加30%，電極壓力增加10%～30%，且焊接規(guī)范區(qū)間變窄[2-3]。隨著焊接電流和焊接時間的增加，焊透率增大，同時易產(chǎn)生飛濺；電極壓力過小會導(dǎo)致電流密度增大，而電極壓力過大會使接觸電阻減小，發(fā)熱量不足。因此，生產(chǎn)過程中須對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化[4]。

正交試驗設(shè)計是處理多因素試驗的一種科學(xué)方法。通過正交表格安排有多種因素的試驗，這一方法于上世紀(jì)70年代在科研生產(chǎn)中得到推廣。使用正交試驗設(shè)計方法，通過極差分析、方差分析等手段得出最佳條件，可以大大減少試驗次數(shù)，提高生產(chǎn)效率[5-6]。因此，本文結(jié)合點焊和正交試驗，以DX56D+Z熱鍍鋅鋼板為研究對象，挑選焊接工藝，通過剝離試驗及拉伸試驗的數(shù)據(jù)處理，分析點焊工藝對點焊質(zhì)量的影響，為企業(yè)生產(chǎn)提供有效的焊接工藝優(yōu)化方法。

1 試驗材料與方法

試驗材料為DX56D+Z冷軋熱鍍鋅鋼板，焊件尺寸為0.8mm×35mm×100mm，鍍鋅量為35g/m2。材料化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。試驗采用唐山開元阻焊設(shè)備有限公司生產(chǎn)的DBZ-160中頻點焊機，采用端部直徑8mm的球面型電極，電極材料為CuCrZr。

采用剝離試驗檢測焊點熔核尺寸，用精度為0.02mm的電子讀數(shù)游標(biāo)卡尺測量；采用Z050電子萬能試驗機檢測點焊接頭的剪切力，試樣如圖1所示。

表1 DX56D+Z熱鍍鋅鋼化學(xué)成分表

表2 DX56D+Z熱鍍鋅鋼力學(xué)性能

圖1 焊接件尺寸示意圖

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 確定因素和水平

電阻點焊過程中主要影響因素有焊接電流I(kA)、焊接時間t(ms)、電極壓力P(kN)和電極尺寸D(mm)。一般來說，電極尺寸由板厚和電極決定，本試驗所選電極為CuZrCr電極，板厚為0.8mm，因此電極尺寸選用端面直徑0.6mm的錐形電極。正交設(shè)計中，只考慮焊接電流、焊接時間和電極壓力3個因素，正交試驗中分別用A、B、C來表示，每個因素取3個水平。

2.2 正交表的選擇

正交試驗表如表3所示，選擇標(biāo)準(zhǔn)的L9(34)正交表，表示每個因素的水平數(shù)為3，有9組試驗，編號為L1～L9，每組試驗焊接4個試樣，對每個試樣進(jìn)行編號后隨即抽取兩個試樣檢測拉剪力，另外兩個試樣測試熔核尺寸大小。圖2為剪切試樣和熔核尺寸試樣圖。

表3 焊接工藝參數(shù)因素與水平表

圖2

2.3 討論與分析

根據(jù)表3設(shè)計表頭，安排相應(yīng)試驗，試驗結(jié)果如表4所示，極差分析結(jié)果如表5所示。表5中Ij，IIj，IIIj(j=1，2，3，分別對應(yīng)因子A，B，C)分表表示表4中第j列中對應(yīng)指標(biāo)之和。R為極差，表示j列中因子最大值與最小值只差，及Rj=max(Ij，IIj，IIIj)-min(Ij，IIj，IIIj)。極差的大小反應(yīng)對應(yīng)因素作用的大小，極差越大，表明在這個因素下不同水平之間試驗結(jié)果差別較大，為主要影響因素；極差越小，表明其影響較小。

表4 正交試驗數(shù)據(jù)表

表5 正交試驗結(jié)果極差分析表

通過極差分析表明，在DX56D+Z鍍鋅板電阻點焊中，焊接電流對點焊接頭質(zhì)量影響程度最大，在三者中為主要因素；焊接時間為次要影響因素；電極壓力影響相對最弱。由各因素在不同水平下的拉剪力和熔核直徑值可以看出，焊接電流對應(yīng)的3個水平所對應(yīng)的結(jié)果比較分散，對點焊質(zhì)量影響最大。由各因素水平的最大值確定個因素的最佳水平，得出最佳工藝參數(shù)為：A3，B2，C3，即焊接時間340ms，電極壓力2kN，焊接電流11kA。

根據(jù)正交試驗得出的最佳工藝參數(shù)，進(jìn)行驗證試驗，測得拉剪力大小為4.73kN，熔核直徑7.14mm，為各試驗工藝下最好性能，說明通過正交試驗很好的實現(xiàn)了焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化，且所需要的試驗次數(shù)較少。

3 結(jié)論

(1)通過正交試驗，DX56D+Z鍍鋅鋼板點焊次數(shù)可以大大減少，節(jié)省時間和提高生產(chǎn)效率。

(2)焊接電流對點焊力學(xué)性能影響最大，焊接時間次之，電極壓力影響最小。

(3)DX56D+Z鍍鋅鋼板最佳點焊工藝為焊接電流11kA，焊接時間340ms，電極壓力2kN，點焊拉剪力4.73kN，熔核直徑7.14mm。

[1] 康凱,王軍雷,楊凱.中國汽車產(chǎn)業(yè)分區(qū)域現(xiàn)狀及未來發(fā)展[J].汽車工業(yè)研究,2014,(2):4-8.

[2] 范軍鋒.現(xiàn)代轎車輕量化技術(shù)研究——新材料技術(shù)、輕量化工藝和輕量化結(jié)構(gòu)[J].汽車工藝與材料,2009,(2):10-15.

[3] 代啟鋒,宋仁伯,關(guān)小霞.超高強鐵素體-馬氏體雙相鋼在動態(tài)拉伸變形條件下組織和性能研究[J].材料工程,2013,(4):6-12.

[4] 王敏,吳毅雄,潘華,雷鳴.母材成分對DP590鋼電阻點焊接頭性能的影響[J].焊接學(xué)報,2010,31(2):33-36.

[5] 蔡洪能,王雅生,張占偉,楊宏武.汽車用鋼板電阻點焊工藝參數(shù)優(yōu)化選擇方法[J].材料工程,2006,增刊1:304-306.

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