電阻點(diǎn)焊工藝對先進(jìn)高強(qiáng)鋼焊點(diǎn)裂紋缺陷的影響

汪小培，張永強(qiáng)，鞠建斌，楊建煒，章 軍

（首鋼技術(shù)研究院，北京100043）

電阻點(diǎn)焊工藝對先進(jìn)高強(qiáng)鋼焊點(diǎn)裂紋缺陷的影響

汪小培，張永強(qiáng)，鞠建斌，楊建煒，章 軍

（首鋼技術(shù)研究院，北京100043）

研究不同的焊接工藝對高強(qiáng)度雙相鋼電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量和焊點(diǎn)裂紋缺陷的影響。結(jié)果表明，增加焊后回火脈沖，能夠改善焊點(diǎn)表面邊部裂紋；增加預(yù)熱脈沖或回火脈沖，能夠明顯提升焊點(diǎn)的抗剪性能；同時(shí)增加預(yù)熱脈沖和回火脈沖，能夠改善或消除焊縫區(qū)的軟化點(diǎn)。

焊接工藝；高強(qiáng)鋼；點(diǎn)焊；裂紋缺陷

0 前言

為了提高燃油經(jīng)濟(jì)性、減輕汽車質(zhì)量以及提升汽車的安全碰撞性能，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）如雙相鋼（DP）、復(fù)相鋼（CP）、相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP）和馬氏體鋼（MS）被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。先進(jìn)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度（500～1 500 MPa）和塑性配合優(yōu)于普通高強(qiáng)鋼，并同時(shí)具有高強(qiáng)度和較好的成形性，特別是加工硬化指數(shù)高，有利于提高沖撞過程中的能量吸收，所以其在減重和安全性方面具有雙重優(yōu)勢[1-2]。

在先進(jìn)高強(qiáng)度鋼中，DP鋼應(yīng)用更廣泛。DP鋼的基體組織主要是由占絕大多數(shù)的鐵素體組織和第二相馬氏體島組成，其強(qiáng)度主要通過馬氏體的體積分?jǐn)?shù)來控制。此外，DP鋼具有較高的初始加工硬化率、較低的屈強(qiáng)比以及良好的延展性。在汽車車身裝配線上，電阻點(diǎn)焊依然是對汽車用DP鋼板進(jìn)行組裝連接加工的第一選擇，這是基于電阻點(diǎn)焊的高效率和低成本[3-4]。

本研究對厚度1.8 mm的780 MPa級別熱鍍鋅DP鋼板的電阻點(diǎn)焊焊接質(zhì)量進(jìn)行分析，通過不同的焊接工藝，研究焊接過程中出現(xiàn)的焊點(diǎn)裂紋缺陷，并提出控制或改善措施。

1 試驗(yàn)材料和設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為DP780鍍鋅鋼板，鋼板厚度1.8 mm。鋼板的主要化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1和表2所示。

表1 鋼板的化學(xué)成分％

表2 鋼板的力學(xué)性能

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備是OBARA DB-220型固定式逆變點(diǎn)焊機(jī)，標(biāo)稱功率220 kVA，電極極頭直徑6 mm。點(diǎn)焊接頭試樣焊接成形后，取點(diǎn)焊接頭焊點(diǎn)的最大橫截面制備標(biāo)準(zhǔn)金相試樣，試樣腐蝕液為4％的硝酸酒精溶液，使用型號為Leica DMI5000M的金相顯微鏡和Hitachi S-3400NⅡ型的掃描電子顯微鏡觀察微觀組織形貌，使用型號為Leica HXD-1000TM的顯微硬度測試儀測量顯微硬度，并用型號為Zwick-Z100的剪切拉伸設(shè)備測試抗剪性能。

2 試驗(yàn)方法

采用40 mm×150 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣片進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)，焊后通過剝離試驗(yàn)將焊點(diǎn)撕裂。試驗(yàn)中最小焊接電流是指最小焊核直徑對應(yīng)的電流，最大焊接電流是指試樣兩個(gè)焊點(diǎn)同時(shí)產(chǎn)生飛濺時(shí)所對應(yīng)的電流。通過點(diǎn)焊試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該鋼板的最大焊接電流為12.2 kA，最優(yōu)焊接電流為最大焊接電流減去200 A，則最優(yōu)焊接電流為12 kA。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了四組不同焊接工藝的對比試驗(yàn)，具體焊接參數(shù)如表3所示。

表3 焊接工藝參數(shù)

3 分析和討論

3.1 焊點(diǎn)的組織形貌

鋼板的基體組織如圖1所示，其組成為沿軋制方向拉長的鐵素體組織和馬氏體島組織，鋼板的強(qiáng)度主要通過基體中的第二相馬氏體的體積分?jǐn)?shù)來控制，而鐵素體則提供延展性。

圖1 鋼板的基體組織形貌

在四種不同焊接工藝條件下，焊點(diǎn)焊縫區(qū)的組織形貌如圖2所示。焊縫區(qū)的組織為板條狀的馬氏體組織，對比不同工藝下焊縫區(qū)的組織，發(fā)現(xiàn)馬氏體板條的尺寸相差不明顯，增加預(yù)熱脈沖或回火脈沖，沒有明顯粗化焊縫組織，也沒有使焊縫組織發(fā)生回復(fù)現(xiàn)象。

3.2 焊點(diǎn)裂紋缺陷分析

通過掃描電子顯微鏡觀察焊核內(nèi)部的裂紋缺陷情況，對比分析焊接工藝對焊點(diǎn)裂紋的影響。在1#焊接工藝下，主要是焊點(diǎn)表面邊部產(chǎn)生裂紋缺陷，其形貌如圖3所示，其裂紋向焊核內(nèi)部的縱深約為50 μm。

在2#焊接工藝下，除了在焊點(diǎn)表面邊部產(chǎn)生裂紋之外，還會(huì)在焊點(diǎn)表面中部產(chǎn)生裂紋。焊點(diǎn)表面邊部裂紋如圖4a所示，向焊核內(nèi)部的縱深約為30 μm；焊點(diǎn)表面中部裂紋如圖4b所示，向焊核內(nèi)部的縱深約為16 μm。可以看出，增加預(yù)熱脈沖能夠略微改善表面邊部裂紋，但是會(huì)引起焊點(diǎn)表面中部裂紋。

圖5a是在3#焊接工藝下的焊點(diǎn)表面邊部裂紋，向焊核內(nèi)部的縱深約為15μm。圖5b是焊點(diǎn)表面的中部裂紋，向焊核內(nèi)部的縱深約為40 μm。可以看出，增加回火脈沖能夠有效改善焊點(diǎn)邊部裂紋，但是也會(huì)引起焊點(diǎn)表面中部裂紋。

在4#工藝條件下，焊點(diǎn)表面的邊部裂紋如圖6a所示，向焊核內(nèi)部的縱深約為40 μm。圖6b是焊點(diǎn)表面的中部裂紋，其向焊核內(nèi)部的縱深約為100 μm。可以看出，同時(shí)增加預(yù)熱脈沖和回火脈沖，會(huì)同時(shí)加劇焊點(diǎn)表面邊部裂紋和焊點(diǎn)表面中部裂紋，裂紋的深度和寬度都會(huì)增加。

圖2 焊點(diǎn)焊縫區(qū)的組織形貌

圖3 1#工藝下焊點(diǎn)裂紋形貌

焊點(diǎn)表面邊部裂紋的危害程度大于焊點(diǎn)表面中部裂紋的危害程度，增加預(yù)熱脈沖或回火脈沖能夠改善焊點(diǎn)表面邊部裂紋，其中焊后回火脈沖能夠顯著改善焊點(diǎn)表面邊部裂紋。同時(shí)增加預(yù)熱脈沖和回火脈沖會(huì)加劇焊點(diǎn)表面邊部裂紋和焊點(diǎn)表面中部裂紋，裂紋的深度和寬度都會(huì)增加。

3.3 力學(xué)性能和顯微硬度

對不同工藝下的焊點(diǎn)進(jìn)行抗剪拉伸試驗(yàn)分析，結(jié)果如表4所示。增加熱處理工序后，焊點(diǎn)的抗剪拉伸性能明顯提高。由表4可知，增加預(yù)熱脈沖，抗剪力提高了7.2kN；增加回火脈沖，抗剪力提高了6.5kN；同時(shí)增加預(yù)熱和回火脈沖，抗剪力提高了5.6 kN。增加預(yù)熱脈沖對焊點(diǎn)抗剪性能的提升比增加回火脈沖的大，同時(shí)增加預(yù)熱和回火脈沖，導(dǎo)致焊點(diǎn)的裂紋缺陷加劇，從而降低焊點(diǎn)的抗剪性能。

圖4 2#工藝下焊點(diǎn)裂紋形貌

圖5 3#工藝下焊點(diǎn)裂紋形貌

圖6 4#工藝下焊點(diǎn)裂紋形貌

四種不同點(diǎn)焊工藝下，焊點(diǎn)橫截面上焊核的顯微硬度分布如圖7所示。

增加預(yù)熱脈沖或回火脈沖，對焊縫處顯微硬度的影響不大。在1#工藝下，在焊縫區(qū)靠近熱影響區(qū)的位置存在軟化現(xiàn)象，而通過增加預(yù)熱脈沖（2#工藝）或者增加回火脈沖（3#工藝）仍然沒有消除這種軟化點(diǎn)。在4#工藝下，即同時(shí)增加預(yù)熱脈沖和回火脈沖，消除了這種軟化點(diǎn)。

表4 焊點(diǎn)力學(xué)性能

圖7 焊點(diǎn)的顯微硬度

4 結(jié)論

（1）增加預(yù)熱脈沖或回火脈沖能夠改善焊點(diǎn)表面邊部裂紋，其中焊后回火脈沖能夠顯著改善焊點(diǎn)表面邊部裂紋。

（2）增加熱處理工序，如預(yù)熱脈沖或回火脈沖能夠明顯提升焊點(diǎn)的抗剪性能，預(yù)熱脈沖對焊點(diǎn)抗剪性能的提升比增加回火脈沖的更顯著。

（3）同時(shí)增加預(yù)熱脈沖和回火脈沖，能夠改善或消除焊縫區(qū)的軟化點(diǎn)，而單獨(dú)增加預(yù)熱脈沖或回火脈沖，效果不明顯。

[1]李揚(yáng)，劉漢武，杜云慧，等.汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].材料導(dǎo)報(bào)，2011，25（7）：101-104.

[2]馬鳴圖.先進(jìn)汽車用鋼[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3]Xiaodong WAN，Yuanxun WANG，Peng ZHANG.Effects of welding schedules on resistance spot welding of DP600 steel [J].ISIJ International，2014，54（10）：2375-2379.

[4]Yansong ZHANG，Jie SHEN，Xinmin LAI.Influence of electrode force on weld expulsion in resistance spot welding of dual phase steel with initial gap using simulation and experimentalmethod[J].ISIJInternational，2012，52（3）：493－498.

Effect of resistance spot welding process on welding spot crack defects of advanced high strength steel

WANG Xiaopei，ZHANG Yongqiang，JU Jianbin，YANG Jianwei，ZHANG Jun
（Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China）

The effect of different welding process on welding spot properties and crack defects of high strength dual phase steel were studied.The results show that the crack in the edge of welds surface can be improved significantly by adding tempering current after welding.The tensile-shear properties ofthe weldingspots can be significantlyimproved byadding preheating current or tempering current. There is a softeningzone in weld zone，which can be improved or eliminated byaddingboth preheatingcurrent and temperingcurrent.

welding process；high strength steel；spot welding；crack defects

TG453+.9

A

1001－2303（2016）06－0096-05

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.06.20

2016-01-04；

2016-05-05

汪小培（1987—），男，湖北人，碩士，工程師，主要從事材料焊接性和焊接工藝的研究工作。