CN109352155A - 用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，预备待焊的镀锌超高强钢材料，在镀锌超高强钢材料与电阻点焊机的上下电极之间放置垫板，然后在垫板位置处进行电阻点焊，即完成。与现有技术相比，本发明可以大大改善镀锌超高强钢电阻点焊接头的拉剪性能，且能够使得接头断裂模式由界面断裂转换为钮扣断裂。由于使用的垫板为普通的低碳钢，因此附加成本较低，且与现有的电极带设计相结合，易于实现自动化，具有较高的工业应用价值。

Description

用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，涉及一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，特别涉及一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的双面垫板法焊接工艺。
背景技术
电阻点焊是通过大电流的直流电瞬间短路产生的高电阻热来完成焊接的一种技术，由于其具有较高的自动化程度及生产效率，故被广泛应用于车身制造领域。随着汽车轻量化进程的推进，镀锌超高强钢因其具有更高的比强度被逐步用来取代传统钢材，而对这些镀锌超高强钢进行可靠的连接是保证其大规模应用的前提。为了提高钢的强度，在超高强钢的制造过程中添加了较多的合金元素，导致这些钢种碳当量升高，具有较高的淬硬倾向。在使用电阻点焊焊接镀锌超高强钢时，熔核的硬度很高，接头容易出现界面断裂，对于生产者来说，这是一种不期望得到的断裂模式。此外，镀锌层的存在还会大大降低点焊电极的寿命。
为了提高镀锌超高强钢的电阻点焊焊接质量，相关从业人员一般从优化焊接工艺参数的角度来达到此目的，比如提高电极压力、使用多脉冲焊接电流、在焊接电流之后加入回火后热电流等等，然而这些方法对于焊接质量的提升较为有限且几乎没有更大的潜力，接头往往还是倾向于发生界面断裂。因此本发明在传统电阻点焊方法的基础上，提出了一种使用双面垫板的电阻点焊工艺方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的双面垫板法焊接工艺，使用双面垫板法改善镀锌超高强钢的电阻点焊焊接质量，经试验证明，使用该方法后，得到的镀锌超高强钢电阻点焊接头的拉剪强度大大提升，焊接工艺窗口也变宽，且在特定的焊接参数下，能够得到稳定出现钮扣拔出断裂的接头，这是一种期望得到的断裂模式。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，预备待焊的镀锌超高强钢材料，在镀锌超高强钢材料与电阻点焊机的上下电极之间放置垫板，然后在垫板位置处进行电阻点焊，即完成。
进一步的，所述垫板采用低碳钢垫板。
更进一步的，垫板采用冷轧SPCC低碳钢垫板。
进一步的，镀锌超高强钢材料为热镀锌Q&P980超高强钢。
进一步的，所述垫板的厚度为0.2-0.4mm。
进一步的，电阻点焊机的电极采用带端面的铬锆铜电极。
更进一步的，电极端面直径为6mm。
进一步的，电阻点焊过程中，焊接电流脉冲数为3，即设置三段焊接电流，每段焊接电流时间固定为120ms，电流之间的冷却时间固定为20ms，保压时间固定为250-300ms。
进一步的，电阻点焊过程中，焊接电流初始值为5.5kA，然后以0.5kA的间隔升高，直至焊接时出现飞溅为止。
进一步的，垫板采用30mm×30mm的方形小片。
进一步的，电阻点焊前，镀锌超高强钢材料与垫板均采用酒精清洗以去除表面油污。
本发明通过对焊点金相观察后可以发现，使用垫板后熔核的直径和厚度均会大大增加。这是因为不使用垫板时，待焊试板的表面会受到水冷铜电极强烈的冷却作用，水冷铜电极带走的大量热量限制了熔核在厚度方向的长大，进而限制了其直径的增加。要想继续增大熔核，只能增加焊接热输入比如增大焊接电流。但是当焊接电流增长到一定值后，会出现飞溅，飞溅出现后会导致熔融金属的损失以及焊点处厚度的突然减薄，熔核尺寸减小，进而导致接头性能的不升反降。在使用垫板之后，垫板代替了待焊试板与水冷铜电极直接接触，承受强烈的冷却作用，因此焊接过程的热量会更加集中在待焊试板之中，且加入垫板后导致的飞溅电流升高使得点焊能够在更高的焊接电流下进行，焊点获得的热量更多，这些因素均导致了熔核尺寸相比于传统电阻点焊方法的显著增大。熔核尺寸的增大是使用双面垫板法后焊接质量提高的主要原因。
与现有技术相比，本发明在不需要引入新焊接设备的基础上，使用成本低廉的垫板即可大大提升镀锌超高强钢电阻点焊焊接接头的性能；由于垫板使用了无镀层的SPCC冷轧低碳钢等低碳钢材质，在焊接过程中电极从与镀锌层接触变为与低碳钢板接触，这能够大大增加电极寿命；该工艺方法能够推广到各种镀锌超高强钢的电阻点焊之中。
附图说明
图1为电阻点焊时镀锌超高强钢材料的俯视放置示意图；
图2为电阻点焊时镀锌超高强钢材料的主视放置示意图；
图3为电阻点焊过程的工艺简图；
图4为不同典型拉剪断裂试样照片；
图5为不同试样的典型拉剪曲线图；
图中标记说明：
1-垫板，2-待焊试板，3-点焊焊接位置，4-点焊电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一、焊接材料及设备
1)待焊试板为1.2mm厚的热镀锌Q&P980超高强钢，尺寸为125×38mm，搭接区域尺寸38×38mm，垫板为SPCC冷轧低碳钢，并使用了三种不同厚度，分别为0.2mm、0.3mm和0.4mm，垫板裁剪为30×30mm的小片。
2)焊接设备使用了固定式中频逆变直流电阻点焊机，气动加压，冷却水流速4L/min。
二、焊前准备
(1)用酒精清洗待焊试板1及垫板2，去除表面油污。
(2)将垫板2放置于焊接位置处的待焊试板1与点焊电极4之间，如图1和图2所示。
(3)然后在垫板上的点焊焊接位置进行两待焊试板的电阻点焊，
三、焊接工艺
焊接过程中的工艺参见图3所示，其中，电极压力设置为4kN，预压时间设置为2s，每个电流脉冲的时间设置为120ms，脉冲电流之间的冷却时间设置为20ms，保压时间设置为300ms。初始电流值设置为5.5kA，并以0.5kA为间隔递增，直到出现飞溅为止。每组电流值焊接三个拉剪试样进行力学性能测试。
四、力学性能测试结果
使用万能试验机对拉剪试样进行拉剪强度测试，拉伸速度5mm/min，使用了三种不同厚度的垫板以及不加垫板的点焊接头拉剪强度测试结果以及断裂模式如表1所示。表中的拉剪强度值为三个试样的平均值，单位为kN，括号后的字母代表断裂模式，IF代表界面断裂，PF代表钮扣断裂，TF代表板材断裂，三种断裂模式对应的试样如图4所示。从表中可以看出，在各个电流值下加入垫板后的接头剪切拉伸强度均高于不加垫板的接头。并且飞溅电流会升高，在更高的电流下，接头的剪切拉伸强度会进一步提高，能够获得的最大剪切拉伸强度远远优于不加垫板的接头。典型的拉伸曲线如图5所示，可以看出加入垫板之后拉伸位移也有所增加，接头的韧性得到了一定的提高。
表1力学性能测试结果
电流/kA 不加垫板 0.2mm垫板 0.3mm垫板 0.4mm垫板
5.5 7.1(IF) 10.9(IF) 12.0(IF) 12.5(IF)
6 14.0(IF) 14.6(IF) 16.0(IF) 15.8(IF)
6.5 16.7(IF) 19.3(IF) 19.0(IF) 18.3(IF)
7 18.6(IF) 19.2(IF) 18.7(IF) 19.8(IF)
7.5 14.4(IF) 22.6(TF) 22.6(IF) 21.3(IF)-s
8 23.6(TF) 23.0(IF)-s 24.1(PF)-s
8.5 15.3(PF) 25.2(PF)-s 24.8(PF)-s
9 26.4(PF)-s 24.9(PF)-s
9.5 14.9(PF)-s 15.1(PF)-s
注：-s代表点焊完成后垫板与待焊试板发生粘连
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，预备待焊的镀锌超高强钢材料，在镀锌超高强钢材料与电阻点焊机的上下电极之间放置垫板，然后在垫板位置处进行电阻点焊，即完成。
2.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，所述垫板采用低碳钢垫板；
镀锌超高强钢材料采用热镀锌Q&P980超高强钢。
3.根据权利要求2所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，垫板采用冷轧SPCC低碳钢垫板。
4.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，所述垫板的厚度为0.2-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，电阻点焊机的电极采用带端面的铬锆铜球形电极。
6.根据权利要求5所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，电阻点焊机的电极端面直径为6mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，电阻点焊过程中，焊接电流脉冲数为3，每个脉冲时间固定为120ms，脉冲电流之间的冷却时间固定为20ms，保压时间固定为250-300ms。
8.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，电阻点焊过程中，焊接电流初始值为5.5kA，然后以0.5kA的间隔升高，直至焊接时出现飞溅为止。
9.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，垫板采用30mm×30mm的方形小片。
10.根据权利要求1所述的一种用于改善镀锌超高强钢电阻点焊焊接质量的焊接工艺，其特征在于，电阻点焊前，镀锌超高强钢材料与垫板均采用酒精清洗以去除表面油污。
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