CN111451625A - 一种提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电阻点焊领域，公开了一种提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法。提供由至少包含一块抗拉强度超过780MPa，厚度为d1的镀层超高强钢板的两块或两块以上的工件堆叠组合，及两块厚度为d2且其导电系数、导热系数优于镀层高强钢的垫片；依次将所述上垫片、工件堆叠组合、下垫片叠加在一起，放置于两点焊电极之间并夹紧，上垫片与上电极焊接面相接触，下垫片与下电极焊接面相接触；提供一种用于电阻点焊的焊接设备和焊接电极；通以焊接压力和焊接电流，直至焊接完成。其中，d2/d1≤0.9。通过在高强钢板与焊接电极之间增加高导电性、导热性垫片改善了镀层高强钢板点焊时表面极易出现表面裂纹的状况，进而达到提高焊点力学性能的目的。

Description

一种提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法

技术领域

本发明涉及电阻点焊领域，更具体地涉及两块或多块表面带有涂镀层的超高高强度钢板之间电阻点焊的方法。

背景技术

随着全球变暖、能源枯竭问题的逐渐加剧，汽车的尾气排放及能源消耗越来越严重，实验证明汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。而在汽车轻量化的众多途径中，在车身中增加高强度钢板来代替传统材料是实现这一目标的有效手段之一，例如增加抗拉强度超过780Mpa的超高强度钢。为了使钢板具有良好的防腐蚀作用，钢板表面通常镀有一层可防腐的镀层，镀锌钢板以其成本低、抗腐蚀性能优异得到广泛应用。

电阻点焊由于其具有的一系列优势，是目前汽车车身制造中应用最为广泛的一种连接技术。但是在对表面具有低熔点镀层的超高强度钢进行电阻点焊时，由于表面低熔点锌层的存在，在电极压力及电流的作用下，往往会使表面锌层与电极在高温下发生反应并导致熔融的锌及锌与铜电极的合金化组织渗入到钢板晶界，使晶界强度降低，产生表面裂纹，往往称之为液态金属裂纹。而裂纹的存在会导致焊点强度降低，力学性能变差，严重阻碍其在汽车车身制造中的应用。

在已有公开的解决方法中，主要是通过控制焊接工艺，包括预压与保压时间，调整钢板基材成分等途径来抑制液态金属裂纹的生成，而这些方法针对不同种类的超高强钢并不完全适用，而且成本高，效果不稳定。

所以，急需一种能够低成本、高效率解决超高强钢电阻点焊时表面容易产生液态金属裂纹的方法。

发明内容

为解决带有涂镀层超高强钢电阻点焊后点焊表面容易出现液态金属裂纹，使焊点强度降低的问题，提出了一种针对表面带有涂镀层超高强钢的电阻点焊方法。此方法，包括以下步骤：提供两块或两块以上厚度为d1的镀层超高强钢板的工件堆叠组合，及两块厚度为d2且其导电系数、导热系数优于镀层高强钢的垫片，其中至少一块镀层超高强钢板的抗拉强度超过780MPa；

依次将所述上垫片、工件堆叠组合、下垫片叠加在一起，放置于两点焊电极之间并夹紧，上垫片与上电极焊接面相接触，下垫片与下电极焊接面相接触；

提供一种用于电阻点焊的焊接设备和焊接电极；

通以焊接压力和焊接电流，直至焊接完成；

其中，d2/d1≤0.9，优选地，d2/d1≤0.7。

在一优选例种，所述工件堆叠组合中的抗拉强度超过780Mpa的超高强钢为QP钢，DP钢，TRIP钢，CP钢，TWIP钢中的一种或几种的组合。

在另一优选例中，所述镀层为Zn－Fe系或Zn－Ni系或Zn－Al系或Zn－Mg系。

在另一优选例中，所述超高强钢板厚度d1为0.4-4mm，优选地为0.5-3.0mm。

在另一优选例中，其特征在于，所述垫片的厚度为0.1-2mm。

在另一优选例中，所述垫片为IF钢或低碳钢。

在另一优选例中，所述垫片为铝或铝合金。

在另一优选例中，所述垫片为铜或铜合金。

在另一优选例中，其特征在于,所述垫片尺寸大于所述电极焊接面的尺寸。

在另一优选例中，所述焊接电流I为5KA-20KA，所述焊接电流持续时间为200-1000ms。

技术效果：通过在高强钢板与焊接电极之间增加高导电性、导热性垫片改善了镀层高强钢板点焊时表面极易出现表面裂纹的状况，进而达到提高焊点力学性能的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的可替代的实施方式。

图1所示为本发明中的一个实施示意图；

图2所示为使用本发明方法焊接时所采用的电极压力及焊接电流波形图；

图3所示为实施例2使用传统电阻点焊方法焊接工件时所得焊点表面形貌；

图4所示为图3中A位置的局部放大图；

图5所示为实施例2使用传统电阻点焊方法所得焊点截面形貌；

图6所示为使用本发明电阻点焊方法所得焊点表面形貌；

图7所示为使用本发明电阻点焊方法所得焊点截面形貌；

附图标记，1-第一焊接电极；2-第二焊接电极；3-面向第一焊接电极的第一焊接工件；4-面向第二焊接电极的第二焊接工件；5-焊接工件表面的镀锌层；6-垫片。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量试验，发现了一种用于提高表面带有涂镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，在此基础上完成了本发明。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1

如图1所示为本发明的一个实施例示意图。提供两块厚度为d1、抗拉强度超过780Mpa的超高强度钢板3、4，使其堆叠在一起，提供一种厚度为d2且其导电性、导热性优于超高强钢板3、4的垫片5、6置于所述超高强钢板与焊接电极焊接面之间，其中d2/d1≤0.9，优选地d2/d1≤0.7。提供一种应用于电阻点焊的焊接设备及电极1、2，然后在垫片位置处施加一定时间的电极压力和焊接电流，完成焊接。

其中待焊工件3、4至少一个为抗拉强度超过780Mpa的超高强度钢，例如是QP钢，DP钢，TRIP钢，CP钢，TWIP钢等冷轧或热轧钢板中的一种，其可以为同种牌号或不同种牌号，并无严格限定，而且其材料状态可以包括各种回火，包括退火、应变强化等热处理状态。其较薄的一侧厚度d1为0.4-4mm，优选地为0.5-3mm。待焊工件3、4与电极相接触的一面具有涂镀层，镀层的种类可包括例如Zn系、Zn－Fe系、Zn－Ni系、Zn－Al系、Zn－Mg基板系等。作为Zn系镀层的高强度钢板，可包括例如合金化热浸镀锌钢板、热浸镀锌钢板和电镀锌钢板等，镀层的单位面积重量也无特别限定。另外，也可以在镀层的表面形成无机系或有机系的油膜(例如润滑油膜等)等，堆叠组合体也可以是多块钢板构成，例如三块或三块以上的钢板组成。

电阻点焊设备可以是由广泛应用于工业中的工频焊机、中频焊机、交流焊机来实现。而电极1、2通常是由铜或其合金组成的，例如铜铬(CuCr)合金、铜锆(CuZr)合金、铜铬锆(CuCrZr)合金、钨铜合金，添加氧化铝颗粒的铜合金或其他各种的可用作电极材料的铜合金。所添加垫片5,6是由导电性、导热性优于基材3,4的材料制成，例如低碳钢、软钢、铝或其合金，铜或其合金，垫片的表面积大于电极焊接面的面积，此处电极焊接面指的是焊接时与焊接工件相接触的部分。

焊接时焊接电流和施加的电极压力如图2所示，一般在正式通电之前会先进行预压，通过伺服电机加压，气动加压，电磁加压等方式实施，压力大小为2000-8000N,当预压阶段的压力达到设定压力的90％以上时，预压压力恒定保持一定时间，约100-500ms；通电时间t2为200-1000ms，通电时电流I为5KA-20KA，通电结束后保压时间t3为50-500ms。

实施例2

本实施例为本发明的对比实施例。对两块厚度为1.4mm的QP980热镀锌钢板进行焊接，焊接时所使用电极压力为5000N，预压时间为500ms，焊接电流为11KA，通电时间为300ms，保压时间为300ms，除焊接时未在超高强钢板与焊接电极接触焊接面之间添加垫片外，焊接步骤与实施例2类似。焊接结果如图3、4(图4为图3的局部放大图)所示，使用传统点焊方法焊接，图中表面A位置形成严重的人字形裂纹。而通过观察焊点截面的形貌，如图5所示，在焊点表面B、C、D处形成的最大裂纹长度分别达到了318μm、266μm、296μm，而这些裂纹的存在将会严重影响焊点的性能。

实施例3

本实施例为使用本发明焊接方法的一个优选实施例。采用本发明方法对两块钢板厚度为1.4mm的QP980热镀锌钢板进行焊接，其中所使用电极压力为5000N，预压时间为500ms，焊接电流为11KA，通电时间为300ms，保压时间为300ms，在超高强钢板与焊接电极接触焊接面之间添加厚度为0.2mm的IF钢垫片。焊接结果如图6、图7所示，焊接时在超高强钢板与焊接电极接触焊接面之间添加IF钢垫片，形成的焊点表面未形成裂纹，成型质量良好。

尽管本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做出的种种的等效的变化或替换，均属于本发明保护的范围。因此，本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供两块或两块以上厚度为d1的镀层超高强钢板的工件堆叠组合，及两块厚度为d2且其导电系数、导热系数优于镀层高强钢的垫片，其中至少一块镀层超高强钢板的抗拉强度超过780MPa；

依次将所述上垫片、工件堆叠组合、下垫片叠加在一起，放置于两点焊电极之间并夹紧，上垫片与上电极焊接面相接触，下垫片与下电极焊接面相接触；

提供一种用于电阻点焊的焊接设备和焊接电极；

通以焊接压力和焊接电流，直至焊接完成；

其中，d2/d1≤0.9。

2.根据权利要求1所述提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于，所述工件堆叠组合中的抗拉强度超过780Mpa的超高强钢为QP钢，DP钢，TRIP钢，CP钢，TWIP钢中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于，所述镀层为Zn－Fe系或Zn－Ni系或Zn－Al系或Zn－Mg系。

4.根据权利要求1所述提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于，所述超高强钢板厚度d1为0.4-4mm。

5.根据权利要求1所述用于提高镀层超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于，所述垫片的厚度为0.1-2mm。

6.根据权利要求1所述提高超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于,所述垫片为IF钢或低碳钢。

7.根据权利要求1所述提高超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于,所述垫片为铝或铝合金。

8.根据权利要求1所述提高超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于,所述垫片为铜或铜合金。

9.根据权利要求1所述提高超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于,所述垫片的表面积大于所述电极焊接面的表面积。

10.根据权利要求1所述提高超高强钢电阻点焊焊接质量的方法，其特征在于,所述焊接电流I为5KA-20KA，所述焊接电流持续时间为200-1000ms。

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