供稿|郭晶，趙廣東，劉明輝 / GUO Jing, ZHAO Guang-dong, LIU Ming-hui

電阻點焊焊接具有能量集中，變形小，成本低，操作簡單，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)機械化及自動化等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、車輛制造等工業(yè)部門[1]。據(jù)統(tǒng)計，一輛普通汽車車身上平均有3000~5000個電阻點焊焊點[2]。

汽車板電阻點焊因其低成本、高效率的特點，仍是車身裝配中的主要工藝手段。焊接質(zhì)量的好壞一方面取決于材料的本身，另一方面取決于焊接參數(shù)的設(shè)置。焊接工藝參數(shù)窗口能夠降低因焊接質(zhì)量問題帶來的成本與損失，提高生產(chǎn)效率。因此確定鋼板的焊接工藝參數(shù)窗口成為保障電阻點焊質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)。

本鋼汽車板工程實驗室的焊接性能研究剛剛起步，由于不具備檢測焊接工藝參數(shù)窗口的檢驗條件及檢驗設(shè)備，因此與東北大學合作，研究汽車板電阻點焊性能檢測方法及確定鋼板焊接工藝參數(shù)窗口。以本鋼厚度1.2 mm的B250P汽車鋼板為例，通過大量的焊接試驗，獲得了良好焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)窗口，并對電阻點焊進行了性能測試和焊接電極頭使用壽命測試。

試驗材料與試驗方法

試驗材料

試驗材料選用本鋼生產(chǎn)的厚度1.2 mm的B250P冷軋鋼板，其化學成分見表1。

試驗方法

按照通用GWS-5A標準，焊接試樣尺寸為50 mm×150 mm，焊前試樣表面應(yīng)清洗干凈。試驗中要求最小焊點直徑為4.0 mm，采用16 mm×20 mm電極帽，應(yīng)用PanasonicYR單相交流電阻焊機，Panasonic YF-0201Z5電流測量和SMC AW40-04-2W壓力測量。

◆ 確定鋼板焊接工藝參數(shù)窗口

焊接工藝參數(shù)窗口由最小焊點直徑曲線和飛濺點曲線組成。最小焊點直徑曲線上包含A、B、C和D四個特征點，表示出現(xiàn)最小焊點直徑的焊接時間及焊接電流關(guān)系。四個焊接時間為分別為200，180，160和140 ms。調(diào)整電極頭處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，固定焊接時間200 ms，電流以100 mA遞增，進行點焊試驗，測量焊點直徑大于4 mm時，按照三點滿足條件原則，確定焊接工藝參數(shù)窗口的特征點A。同理依次確定B、C和D點。

飛濺點曲線包含了E、F、H和I四個特征點，表示出現(xiàn)首個飛濺點的焊接時間及焊接電流的關(guān)系。在D點焊接電流基礎(chǔ)上以200 mA遞增，確定特征點E。同理依次確定F、H和I點。

◆ 點焊接頭性能測試

點焊性能測試包括抗剪拉伸、十字拉伸、鑿檢測試、金相檢測和顯微硬度測試等。確定焊接工藝參數(shù)窗口后，在焊接窗口中的每一個特征點條件下進行取樣，進行焊接性能測試。

◆ 電極頭壽命評估

電極頭壽命評估試驗選用焊接時間180 ms，焊接電流取最大焊接電流Imax減去200 mA，以30個/min的速度進行試驗。試驗中50個點為一組，直到500個點合格或者焊點直徑小于要求的最小直徑時停止試驗。

表1 B250P冷軋鋼板的化學成分(質(zhì)量分數(shù))%

試驗結(jié)果與分析

焊接工藝參數(shù)窗口

應(yīng)用上述方法，尋找最小焊點和飛濺點電流，各個焊接時間、焊接電流用坐標的形式繪制在圖上，得出鋼種的焊接工藝參數(shù)窗口，見圖1。圖1中G1，G2點的焊接電流分別為標準規(guī)定的F點焊接電流減去200 mA和H點焊接電流IH減去200 mA，依據(jù)通用GWS-5A標準，G1、G2點為焊接窗口的最佳焊接參數(shù)。

試驗得到，在同等電極壓力下，5.1~5.5 kA到6.5~6.7 kA是B250P在此壓力下的適焊電流區(qū)間。不同焊接時間的焊接電流范圍。最大焊接時間的電流范圍是1.4 kA，最小焊接時間的電流范圍是1.2 kA。四個焊接時間的電流范圍均大于通用GWS-5A標準中要求的0.5 kA。

圖1 B250P焊接工藝參數(shù)窗口

焊點性能測試

◆ 十字拉伸試驗

十字拉伸試驗的結(jié)果見圖2，其中橫坐標“1~8”分別表示A、B、C、D、E、F、H和I等八個特征點，縱坐標黑色方點表示三個試樣的破壞力，圓點表示該特征點的平均破壞力，測試得出此鋼種的電阻點焊平均十字拉伸破壞力為6211.8 N。

圖2 各特征點的十字拉伸試驗破壞力

◆ 抗剪拉伸試驗

在每個特征點條件下選取三個試樣，并進行抗剪拉伸試驗，結(jié)果見圖3，其中橫坐標“1~8”分別表示A、B、C、D、E、F、H和I等八個特征點，縱坐標黑色方點表示三個試樣的抗剪力，圓點表示該特征點的平均抗剪力，測試得出該鋼種的電阻點焊平均抗剪力為8331.7 N。從試驗記錄的焊點斷裂方式看，A、B、C、D四個特征點大部分表現(xiàn)為焊核拔出，而E、F、H和I等則表現(xiàn)為界面斷裂。

◆ 鑿檢測試

在B、C兩個特征點條件下各取五個試樣，用專用雙頭鑿子在被檢焊點兩側(cè)插入，鑿子方向與被檢查焊點內(nèi)端平行，上下扳動鑿子以檢查焊點是否松動，鑿檢測試結(jié)果見表2。

◆ 焊點橫截面金相檢測

對每個特征點的焊點橫截面進行金相檢測，測試得出焊點的減薄率見表3，焊點結(jié)合微觀照片見圖4。測試結(jié)果表明，焊核直徑均大于4 mm，并且在焊核中不存在間隙，焊點周圍沒有任何撕裂不圓滑的現(xiàn)象。焊點剪薄均未超過30%，因此滿足通用GWS-5A標準。

◆ 顯微硬度測量

用硬度計對焊點周圍進行硬度測量，其測量條件為200 g負荷，整體顯微硬度分布測試圖見圖5。特征點的不同測試點的顯微硬度分布曲線見圖6，從圖中的測試結(jié)果可以看出，焊點的硬度遠高于母材的硬度。熱影響區(qū)的硬度高于母材，但低于焊核中心的硬度。顯微硬度測試中未發(fā)現(xiàn)脆化點，因此滿足通用GWS-5A標準。

圖3 各特征點的抗剪拉伸試驗的抗剪力

表2 鑿檢測試結(jié)果

電極頭壽命測試

連續(xù)焊接的500個焊點，焊接開始和結(jié)束時，保持恒定的焊接壓力，電極保持充分水冷，每隔50個焊點，取樣，用顯微鏡測量形核直徑，圖7為試驗過程中焊點形核直徑的變化。試驗結(jié)果顯示，在電極壽命測試過程中，500個焊點形核直徑均大于4.0 mm，滿足通用GWS-5A標準。

表3 不同參數(shù)下點焊接頭的減薄率

圖4 各個特征點的金相檢測結(jié)果

圖5 整體顯微硬度分布測試圖

結(jié)論

(1) 確定了汽車板電阻點焊的焊接工藝參數(shù)窗口的方法及焊接最佳工藝參數(shù)。

(2) 對焊點進行了性能測試，測試結(jié)果顯示此鋼種的電阻點焊平均十字拉伸破壞力為6211.8 N；平均抗剪力為8331.7 N；鑿點測試結(jié)果顯示基板變形，但是試樣焊點沒有分離；通過對焊點橫截面金相檢測，得到焊點直徑大于4 mm，且焊點剪薄率均小于30%；顯微硬度測試中未發(fā)現(xiàn)脆化點，滿足通用GWS-5A標準。

(3) 電極壽命測試中500個焊點形核直徑滿足標準要求，焊核直徑均大于4.0 mm，通用GWS-5A標準。

(4) 研究本鋼汽車板焊接性能，能夠為用戶提供試驗數(shù)據(jù)支持，從而降低因焊接質(zhì)量問題帶來的成本與損失，提升了本鋼汽車板的市場競爭能力。

圖6 不同特征點的顯微硬度分布

圖7 電極頭壽命測試過程中焊點形核直徑的變化

[1] 趙熹華. 壓力焊. 北京:機械工業(yè)出版社, 2003

[2] 林忠欽, 胡敏. 轎車白車身點焊裝配過程有限元分析. 焊接學報,2001, 22(1): 36