鉻青銅及氧化鋁銅兩種電極鍍鋅板焊接試驗(yàn)

李冬艷 陳琳 潘海鴻 呂金柱 何柳 彭蕾

摘 要：隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都在不斷推廣應(yīng)用鍍鋅鋼板。通過(guò)不同焊接模式試驗(yàn)，找到鍍鋅板的焊接特性。采用鉻青銅電極、氧化鋁銅電極兩種材料電極帽，就白車身上常用的鍍鋅板搭接情況進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，分析電極頭粘結(jié)，焊接飛濺產(chǎn)生的原因，根據(jù)其焊接特性，指導(dǎo)鍍鋅板焊接的電極材料、焊接參數(shù)、修磨方式的選取及對(duì)實(shí)際焊接提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：鍍鋅板;焊接模式;鉻青銅電極;氧化鋁銅電極;修磨

1 引言

鍍鋅鋼板由于具有良好的抗腐蝕性能，在汽車制造業(yè)中被大量使用。根據(jù)鍍鋅工藝的不同，鍍鋅板一般分為電鍍鋅（E+Z）和熱鍍鋅（Z）兩種。電鍍鋅板的鍍鋅層較薄，鍍層較均勻;熱鍍鋅板的鍍鋅層較厚，鍍層受工藝影響略為不均勻。 根據(jù)鍍層材料的不同，鍍鋅板一般分為純鋅鍍層（Z）和鋅鐵合金（ZF）鍍層兩種。鋅鐵合金是在鋼板表面鍍鋅后通過(guò)合金化處理工藝在整個(gè)鍍層上形成鋅鐵合金層，合金鍍層中鐵含量通常為7～15%。

2 鍍鋅板的焊接特點(diǎn)

與常規(guī)鋼板相比，由于含有鍍鋅層，鍍鋅層的低熔點(diǎn)、低硬度、低電阻率，鍍鋅板焊接過(guò)程中，由于電極與板件接觸，焊接過(guò)程中，電極受熱引起變形，在接觸表面受熱氧化，增加了接觸面的電阻，所以接觸面電極表面容易黏上氧化金屬。

3 汽車常用鍍鋅板焊接試驗(yàn)及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)1：0.7mm鍍鋅板不同焊接模式參數(shù)試驗(yàn)

選取常用材料為DC54D+Z 0.7mm+0.7mm鍍鋅板進(jìn)行試驗(yàn)。分別設(shè)置單脈沖、緩升電流、雙脈沖三種焊接模式。三種模式的電流壓力曲線示意圖如圖1。

通過(guò)對(duì)焊接試板焊接后破壞性檢查，統(tǒng)計(jì)分析焊核直徑與焊點(diǎn)拉力曲線圖如圖2。

相對(duì)于普通鋼板焊接，鍍鋅板需要電流大。在雙脈沖焊接模式下，在較小電流下，焊點(diǎn)焊核直徑較小甚至難以形成有效的焊核，見圖3雙脈沖小電流焊接時(shí)焊點(diǎn)的破壞檢查情況。隨后在一定范圍內(nèi)隨電流增加而明顯增加，同時(shí)焊點(diǎn)拉力也有同步明顯提升，到達(dá)一定值后不焊核直徑不再隨電流增加，且焊點(diǎn)拉力有下降。單脈沖和緩升電流模式下，焊核直徑曲線幾乎一致，隨電流增加有焊核有一定的長(zhǎng)大，相同電流下，焊核直徑相比于雙脈沖要大。焊點(diǎn)拉力，從低到高排列為：?jiǎn)蚊}沖，雙脈沖，緩升電流。電流超過(guò)一定值后，焊接飛濺大，見圖4，

小結(jié)：1）鍍鋅板焊接需要加大焊接電流。

2）需要有預(yù)熱（緩升電流預(yù)熱或雙脈沖預(yù)熱）的焊接參數(shù)焊出焊點(diǎn)強(qiáng)度相對(duì)單脈沖大10%左右。

3）雙脈沖參數(shù)的第一脈沖（或緩升電流的預(yù)熱脈沖）選擇對(duì)熔核形成影響較大，過(guò)大的預(yù)熱反而不利于熔核形成。分析其原因?yàn)轭A(yù)熱脈沖把鋅熔化成松散的組織析在兩層板之間，對(duì)電流有阻礙作用。

4）大電流焊接時(shí)電極焊接普遍出現(xiàn)飛濺。鍍鋅板的焊接窗口較普通鋼板要窄，需要更準(zhǔn)確的選擇參數(shù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)2：不同材料電極及修模方的試驗(yàn)：

對(duì)不同材料電極與修模方式進(jìn)行試驗(yàn)，安排如下圖5。焊接條件：0.8mm鍍鋅板+1.0mm低碳鋼裸板 焊接參數(shù)：加壓時(shí)間20周波，電流緩升時(shí)間4周波，焊接時(shí)間10周波，維持時(shí)間10周波;電流9.0KA;壓力2.6KN，焊接方式：大力鉗夾持試片焊接，如下圖6。焊接速度：以大約2s/點(diǎn)速度連續(xù)焊接10～12點(diǎn)，間隔30s左右時(shí)間（換試片），再連續(xù) 焊接10～12點(diǎn)，反復(fù)循環(huán)。該焊接速度比較接近實(shí)際生產(chǎn)焊接。

（1）鉻青銅電極帽—未修磨的新電極試驗(yàn)：

如圖7所示，焊接100點(diǎn)前，焊點(diǎn)表面呈白色，焊點(diǎn)外面鋅環(huán)比較明顯; 焊接150開始焊點(diǎn)表面出現(xiàn)銅色，200點(diǎn)時(shí)銅色比較明顯，說(shuō)明電極與零件有粘連; 焊接到300點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面銅色轉(zhuǎn)暗，鋅環(huán)開始被破壞，電極開始出現(xiàn)蘑菇狀; 焊接到350點(diǎn)時(shí)，電極粘連開始變嚴(yán)重，平均每焊接10個(gè)點(diǎn)有1-2點(diǎn)電極與零件粘連在一起，接近400點(diǎn)時(shí)每焊接10個(gè)點(diǎn)有2-3點(diǎn)粘連。 400點(diǎn)時(shí)鋅環(huán)被破壞嚴(yán)重，焊接粘電極，焊點(diǎn)表面被拉扯，質(zhì)量較差。 因此，焊接400點(diǎn)需要修磨電極。

（2）鉻青銅電極帽—?dú)鈩?dòng)電極修磨器修磨電極試驗(yàn)：

如圖8所示，焊接100點(diǎn)前，焊點(diǎn)表面呈白色，焊點(diǎn)外面鋅環(huán)比較明顯;焊接150～200點(diǎn)時(shí)銅色比較明顯，部分焊點(diǎn)粘銅較嚴(yán)重，說(shuō)明電極與零件有粘連; 焊接到300點(diǎn)時(shí)，上電極開始出現(xiàn)小凹坑; 焊接到350點(diǎn)時(shí)，電極粘連開始變嚴(yán)重，平均每焊接10個(gè)點(diǎn)有1-2點(diǎn)電極與零件粘連在一起，接近400點(diǎn)時(shí)每焊接10個(gè)點(diǎn)有2-3點(diǎn)粘連。 400點(diǎn)時(shí)，上電極凹坑變大，焊點(diǎn)表面質(zhì)量較差。 因此，焊接350點(diǎn)需要修磨電極。

（3）鉻青銅電極帽—銼刀手工修磨電極試驗(yàn)

如圖9所示，焊接前50點(diǎn)鍍鋅板銼刀印比較明顯，裸板銼刀印不明顯。 焊接100點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面出現(xiàn)銅色; 焊接100～250點(diǎn)，焊點(diǎn)表面銅色變化不大，但銼刀印一直存在，說(shuō)明電極修磨狀態(tài)不好; 焊接到250點(diǎn)時(shí)，裸板面焊點(diǎn)全部出現(xiàn)毛刺;上電極開始出現(xiàn)凹坑，下電極出現(xiàn)凸臺(tái)。 此時(shí)需要修磨電極。

（4）氧化鋁銅電極帽—未修磨的新電極試驗(yàn)：

如圖10所示，焊接100點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面出現(xiàn)銅色; 焊接200點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面銅色較嚴(yán)重; 焊接到300點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面銅色與200點(diǎn)比較無(wú)明顯差異，但裸板面開始出現(xiàn)毛刺;上電極開始出現(xiàn)凹坑，下電極出現(xiàn)凸臺(tái); 焊接到350點(diǎn)時(shí)，裸板面全部出現(xiàn)毛刺。此時(shí)需要修磨電極。

（5）氧化鋁銅電極帽—?dú)鈩?dòng)電極修磨器修磨電極試驗(yàn)

如圖11所示，焊接100點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面出現(xiàn)銅色;焊接200點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面銅色較嚴(yán)重; 焊接到300點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面銅色與200點(diǎn)比較無(wú)明顯差異，但裸板面開始出現(xiàn)毛刺;上電極開始出現(xiàn)凹坑，下電極出現(xiàn)凸臺(tái) 焊接到350點(diǎn)時(shí)，裸板面全部出現(xiàn)毛刺。此時(shí)需要修磨電極。

（6）氧化鋁銅電極帽—銼刀手工修磨電極試驗(yàn)

如圖12所示，焊接前50點(diǎn)鍍鋅板銼刀印比較明顯，裸板銼刀印不明顯。焊接100點(diǎn)時(shí)，焊點(diǎn)表面出現(xiàn)銅色;焊接100～250點(diǎn)，焊點(diǎn)表面銅色變化不大，但銼刀印一直存在，說(shuō)明電極修磨狀態(tài)不好;焊接到250點(diǎn)時(shí)，裸板面焊點(diǎn)全部出現(xiàn)毛刺;上電極開始出現(xiàn)凹坑，下電極出現(xiàn)凸臺(tái)。 此時(shí)需要修磨電極。

小結(jié)：

1）鉻青銅電極帽在需要修磨前可焊接點(diǎn)數(shù)約為400點(diǎn)，氧化鋁銅約為350點(diǎn);

2）鉻青銅電極帽焊點(diǎn)粘銅現(xiàn)象比氧化鋁銅電極帽焊點(diǎn)略好，氧化鋁銅電極帽焊點(diǎn)外觀銅色較嚴(yán)重;

3）鉻青銅電極帽及氧化鋁銅電極帽失效均表現(xiàn)為上電極出現(xiàn)凹坑，即電極材料被撕開粘連到零件上;

4）鉻青銅電極帽在需要修磨前主要表現(xiàn)為電極與零件粘連較嚴(yán)重，焊點(diǎn)表面出現(xiàn)被撕起的“疙瘩”;氧化鋁銅電極帽失效主要表現(xiàn)為裸板面毛刺嚴(yán)重;

5）用銼刀手工修磨電極受人員差異影響，修磨質(zhì)量不穩(wěn)定，兩次修磨之間可焊接焊點(diǎn)數(shù)量不確定，且對(duì)焊點(diǎn)表面影響比較大。因此，不應(yīng)用銼刀手工修磨。

4 結(jié)論

1）在進(jìn)行鍍鋅板焊接參數(shù)設(shè)置時(shí)，需要提高電流，同時(shí)考慮到焊接飛濺，可選窗口小，需要形成系列參數(shù)，準(zhǔn)確選取。

2）鍍鋅板焊接應(yīng)設(shè)置預(yù)熱電流，以小電流將鋅層融化，再進(jìn)行焊接。

3）不同材質(zhì)電極帽的修模頻次有差異，鉻青銅電極與，氧化鋁銅電極修模頻次均要增加。

4）由于手工修磨質(zhì)量不穩(wěn)，對(duì)焊接影響大，不可采用手工修磨電極。

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