徐榮雷，劉旭濤，程先增

（一汽-大眾汽車有限公司青島分公司，山東 青島 266000）

1 問題概述

為了實(shí)現(xiàn)汽車更輕更安全的目標(biāo)，目前各大主流汽車制造商正在車身上積極采用熱成型技術(shù)。如大眾全系車型在涉及車身碰撞安全的零件均采用 1300-1500Mpa的超高強(qiáng)度熱成型鋼[1,2]。車身上主要通過點(diǎn)焊工藝實(shí)現(xiàn)熱成型零件的連接，但由于熱成型零件的超高強(qiáng)度及表面的 Al-Si涂層會(huì)增加焊接困難，導(dǎo)致焊接過程中產(chǎn)生各種各樣的焊接缺陷。

某廠家在進(jìn)行兩個(gè)熱成型零件點(diǎn)焊時(shí)，發(fā)現(xiàn)在焊核邊緣存在白色物質(zhì)的聚集（見圖1），經(jīng)能譜分析，確認(rèn)白色物質(zhì)為Al-Si金屬間化合物。Al-Si相作為脆硬相分布在焊核邊緣，會(huì)嚴(yán)重影響焊點(diǎn)的力學(xué)承載性能，導(dǎo)致零件在服役過程中首先沿焊核邊緣開裂，引發(fā)失效問題。

圖1 白色Al-Si相偏聚

2 原因分析及改進(jìn)方案

2.1 電極壓力

閻啟等對(duì)鍍鋅鋼板點(diǎn)焊工藝研究表明，鍍鋅板在點(diǎn)焊過程中，表面鍍鋅層首先會(huì)熔化，在電極壓力的作用下被擠出焊接區(qū)域[3]。同樣熱成型零件表面Al-Si涂層的熔點(diǎn)低，會(huì)先于鋼板熔化，在電極壓力的作用下，被擠出焊接區(qū)域。如果電極間壓力不足，可能會(huì)引起先熔化的 Al-Si涂層不能被完全擠出，可能會(huì)導(dǎo)致 Al-Si相的聚集。由于熱成型后零件的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1300-1500Mpa，因此在焊接熱成型不能沿用焊接鍍鋅板的焊接參數(shù)，應(yīng)適當(dāng)提高電極壓力。因此，在維持其他焊接參數(shù)不變前提下，首

先對(duì)電極壓力進(jìn)行了調(diào)整：

表1 電極壓力調(diào)整

在保持其他焊接參數(shù)不變的情況下，當(dāng)電極壓力增加到4200N時(shí)，焊核邊緣Al-Si相聚集消失（見圖2），先熔化的Al-Si涂層都被完全擠出了焊接區(qū)域。但焊核邊緣依舊存在輕微發(fā)白現(xiàn)象，放大到200X發(fā)現(xiàn)，發(fā)白組織和基體組織一致，均為自回火馬氏體（見圖3）。發(fā)白原因可能是涂層中殘留的Al擴(kuò)散進(jìn)基體中，沒有完全擴(kuò)散，導(dǎo)致局部基體中Al含量偏高，腐蝕后出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象。

圖2 電極壓力4200N，焊核組織 25x

圖3 電極壓力4200N，焊核組織 200x

2.2 預(yù)熱電流

徐松等對(duì)熱成型鋼板點(diǎn)焊工藝研究表明，適當(dāng)提高預(yù)熱電流，可以有效改善焊點(diǎn)的成分偏析[4]。因此焊核周圍存在Al偏析的原因可能是焊接預(yù)熱不足，在鋼板熔化之前，表面Al-Si涂層沒有完全熔化，導(dǎo)致少量Al隨著鋼板熔化，在隨后的冷卻過程中，來不及擴(kuò)散，因此造成焊核邊緣局部含量偏高。為解決該問題，嘗試提高了預(yù)熱電流，當(dāng)預(yù)熱電流提高到6.2KA時(shí)，焊核邊緣組織均勻，不再存在Al的偏析，見圖4-5。說明當(dāng)預(yù)熱電流達(dá)到6.2KA時(shí)，表面Al-Si涂層已完全熔化。完全熔化后，在電極壓力作用下，被擠出焊接區(qū)域。

表2 預(yù)熱電流調(diào)整

圖4 電極壓力4200N，預(yù)熱電流6.2KA 焊核組織 25x

圖5 電極壓力4200N，預(yù)熱電流6.2KA 焊核組織 200x

2.3 破壞性檢測(cè)

圖6 優(yōu)化前，沿Al-Si相偏聚處開裂

圖7 優(yōu)化后，在熱影響區(qū)開裂

根據(jù)大眾集團(tuán)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)VW01105及PV6702對(duì)優(yōu)化前后焊點(diǎn)進(jìn)行破壞性檢測(cè)[5,6]，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前焊點(diǎn)沿著Al-Si聚集處開裂（見圖6），不滿足焊接的等強(qiáng)度原則，使用過程中存在沿焊核邊緣開裂風(fēng)險(xiǎn)。提高電極壓力和預(yù)熱電流后的焊點(diǎn)，焊點(diǎn)在熱影響區(qū)開裂（見圖7），說明焊點(diǎn)強(qiáng)度已超過原母材強(qiáng)度，滿足使用要求。

3 結(jié)論

熱成型焊接中 Al-Si相的偏聚會(huì)降低焊點(diǎn)的力學(xué)性能，導(dǎo)致后續(xù)使用中存在沿焊核邊緣開裂的風(fēng)險(xiǎn)。通過提高電極壓力和預(yù)熱電流可以有效解決 Al-Si相的偏聚，提高焊點(diǎn)的力學(xué)性能。