文／宿東坤，龍曲波·東風(fēng)(武漢)實(shí)業(yè)有限公司

熱成形板的點(diǎn)焊工藝研究

文／宿東坤，龍曲波·東風(fēng)(武漢)實(shí)業(yè)有限公司

汽車(chē)輕量化是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的主要方向，而高強(qiáng)度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)輕量化和提高碰撞安全性能的雙重需要，從成本與性能角度來(lái)看，是滿(mǎn)足車(chē)身輕量化、提高碰撞安全性的最佳材料。鋼板材料隨著技術(shù)的進(jìn)步，從普通板材、高強(qiáng)度板、超高強(qiáng)度板到熱成形板，其屈服強(qiáng)度從不足200MPa發(fā)展到目前超過(guò)1500MPa。熱成形板材越來(lái)越多的應(yīng)用到汽車(chē)上，包括A柱、B柱、保險(xiǎn)杠、縱梁、通道、前地板、側(cè)圍等，如圖1所示。

圖1 轎車(chē)使用熱成形板材部位

熱成形鋼具有強(qiáng)度高、加工性能好等優(yōu)良的綜合性能，從而得到世界各國(guó)的大力開(kāi)發(fā)和研究，成為車(chē)用鋼板的熱門(mén)材料。東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司的熱成形工廠(chǎng)是國(guó)內(nèi)頂尖的熱成形生產(chǎn)企業(yè)。目前向神龍、東風(fēng)、本田、雷諾、日產(chǎn)等多個(gè)整車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家供貨。

設(shè)計(jì)背景

熱成形板材在性能上有諸多優(yōu)點(diǎn)，如極高的材料強(qiáng)度及延展性，很好的材料成形準(zhǔn)確度等。但是這種鋼材在相互焊接方面存在困難，主要體現(xiàn)在焊接強(qiáng)度與焊點(diǎn)外觀難以控制，焊接強(qiáng)度與焊接參數(shù)之間沒(méi)有形成曲線(xiàn)規(guī)律。而各個(gè)主機(jī)廠(chǎng)對(duì)于超高強(qiáng)度板材在焊接方面的研究仍然不充分。為了能夠找到選擇合適參數(shù)的方法，我公司通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證合適的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)的鋼板為阿賽洛產(chǎn)的22MnB5熱軋鋼板，其力學(xué)性能見(jiàn)表1，化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表1 22MnB5鋼的力學(xué)性能

表2 22MnB5鋼的化學(xué)成分（%）

焊核顯微組織圖

焊接后把焊點(diǎn)沿直徑切開(kāi)，如圖2所示，組織形貌由母材(BM)、熱影響區(qū)(HAZ)及焊核區(qū)(WNZ)三部分組成，圖2中d為焊核的顯微組織。

確定參數(shù)范圍

首先，根據(jù)電流強(qiáng)弱，給出三組參數(shù)，見(jiàn)表3。電阻點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用固定式點(diǎn)焊機(jī)，型號(hào)是DN-200，電極端面直徑為8mm。采用25mm×100mm的試片，厚度為1.76mm，長(zhǎng)度方向的搭接長(zhǎng)度為25mm。

表3 三組焊接參數(shù)

圖2 焊核切面

r規(guī)范的加熱速度小，溫度上升梯度小，保溫時(shí)間長(zhǎng)，加熱過(guò)程WNZ區(qū)對(duì)HAZ區(qū)傳遞的熱量多，因此冷卻時(shí)焊核區(qū)WNZ冷卻的速率降低，當(dāng)提高焊接電流、減小焊接時(shí)間即采用y規(guī)范時(shí)，加熱速度大、溫度上升梯度大、保溫時(shí)間短、加熱過(guò)程焊核區(qū)對(duì)HAZ區(qū)傳遞的熱量少，因此冷卻時(shí)焊核區(qū)冷卻的速率相對(duì)較高。

加熱速度越快，過(guò)熱度越大，奧氏體A實(shí)際形成溫度越高，形核率大于長(zhǎng)大速度，使A體晶粒越細(xì)小；冷卻時(shí)形成M晶粒的大小取決于形核率和長(zhǎng)大速度的相對(duì)大小，冷卻速度越快，過(guò)冷度越大，則二者比值越大，因而形成的馬氏體晶粒越細(xì)??；保溫時(shí)間越長(zhǎng)，A體細(xì)化后仍有足夠長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)大，在冷卻后M體晶粒越大；綜合分析可知：對(duì)熱沖壓高強(qiáng)鋼，選取的焊接規(guī)范越強(qiáng)，冷卻后形成的馬氏體板條越小。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比三種焊接后的實(shí)際性能表現(xiàn)，如圖3所示。很明顯，采取z規(guī)范的試樣剪切力和十字拉伸力所獲得的結(jié)果較r、y兩種規(guī)范好。后面我們圍繞z規(guī)范繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。

制定精確參數(shù)

圖3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)6組試樣點(diǎn)焊的焊核金相采集。金相顯微組織均為馬氏體組織，但是5號(hào)試樣馬氏體較為均勻，力學(xué)性能較好；1號(hào)試樣中馬氏體較為粗大且不均勻；6號(hào)試樣馬氏體為針狀，性能不好。剪切力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，5號(hào)試樣的剪切力最大，1號(hào)試樣剪切力最小，由大到小的順序依次為：5號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、4號(hào)、1號(hào)。圍繞z規(guī)范制定了下面6組參數(shù)，見(jiàn)表4。實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)論，厚度為1.76mm的熱成形板之間的點(diǎn)焊最佳工藝參數(shù)為試樣5的參數(shù)，即焊接電流6.7kA，焊接時(shí)間360ms，焊接壓力4200N。

表4 六組焊接參數(shù)

結(jié)束語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)只是給出了一種熱成形板材焊接的實(shí)驗(yàn)方法，可以通過(guò)這種方法來(lái)確定熱成形板的焊接參數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論僅適用于1.76mm的熱成形板之間的焊接，對(duì)于其他板厚、或者不同材質(zhì)板材之間的焊接，仍然需要大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。