CN111618410B - 一种汽车用大厚度热成型钣金材料及点焊焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供汽车用大厚度热成型钣金材料及点焊焊接方法，采用本发明的点焊焊接方法，在无需改造现有电阻点焊生产线，无需增加薄板厚度或额外增加加强板的情形下，能实现大厚度热成型钢材和薄板之间的电阻点焊焊接，实现方法是在薄板和大厚度热成型材料之间增加硅钢片作为中间介质，其中硅钢片硅含量为2.4wt％‑3.7wt％，厚度为0.1‑0.2mm，增加了2个界面电阻，促进薄板侧热量的生成和积累，从而使薄板侧更容易熔核和生成焊核，进一步通过合理的焊接参数设定，可以有效保证薄板侧焊接接头的品质要求。

Description

一种汽车用大厚度热成型钣金材料及点焊焊接方法

技术领域

本发明涉及汽车用大厚度热成型钢材与薄板例如软钢之间的焊接技术领域，特别涉及一种汽车用大厚度热成型钣金材料及点焊焊接方法。

背景技术

随着汽车结构轻量化和性能上的要求不断增加，热成型材料(拉伸强度1350-1500Mpa)的应用越来越广泛，据预测，在未来，热成型材料在白车身当中的应用比例会超过40％，当前在ECB统计的优秀车身结构中，热成型的使用比例为12-30％左右。

大厚度的热成型材料(1.8mm-3.0mm)可以通过二次轧制获取，但是由于其大厚度的特点，无法实现跟软钢材料的焊接，其中软钢材料拉伸强度在260～320Mpa之间，厚度在0.6-0.9mm左右。无法焊接的原因是由于焊核的偏移，在薄板侧不能生成焊核，形成虚焊，导致焊接失效。

行业内当前无有效的手段解决此课题，其中大部分主机厂不得不妥协采取加强板的结构，此结构需要多层板件打点，结构冗余，重量和成本增加较多。

针对上述问题，有些厂家通过使用激光焊接的方式来进行，例如采用非连续激光焊接。但是这种焊接方式存在如下主要缺点：激光焊接需要工厂焊装生产线改造，改造费用高，时间长，无法与现行量产线兼容。还有一些厂家使用激光软区的方案，通过降低焊点翻边的硬度，同时提高薄板的厚度,避免薄板侧焊核偏移。采用这种方案的缺点在于：部品激光软区费用昂贵，其中以B柱外板为例，零件费用将增加50RMB左右；同时由于薄板侧零件厚度增加，因而也将造成重量增加14％左右。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种汽车用大厚度热成型钣金材料及点焊焊接方法，采用本发明的点焊焊接方法，在无需改造现有电阻点焊生产线，无需增加薄板厚度或额外增加加强板的情形下，能实现大厚度热成型钢材和薄板之间的电阻点焊焊接。

本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

本发明提供一种汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，包括如下步骤：

S1：将薄板、硅钢片、大厚度热成型钢板和高强钢板依次层叠放置，固定各层板件之间的相对位置，获得待焊接板件；

其中，所述薄板的厚度小于所述大厚度热成型钢板的厚度，所述大厚度热成型钢板的厚度为1.8mm-3.0mm；

所述硅钢片的厚度为0.1mm-0.2mm，硅含量为2.4wt％-3.7wt％，一些实施方案中例如为2.5wt％-3.4wt％；

S2：通过电阻点焊使所述待焊接板件的各层板件之间焊接连接，并在薄板侧形成焊核，获得满足品质要求的焊核尺寸。

本申请发明人发现，通过在大厚度热成型钢板和薄板例如软钢之间增加特定厚度(0.1mm-0.2mm)、硅含量(2.4wt％-3.7wt％)的硅钢片作为中间介质，可以促进薄板侧焊核生成和尺寸扩展；通过在大厚度热成型钢板和薄板例如软钢之间增加这种特定的硅钢片，可以增加2个界面电阻，并促进薄板侧电阻热量增加。若采用更高或更低的硅含量的硅钢片，不利于获得较佳的焊接品质；发明人发现，硅含量过高时，在焊接时容易发生明显飞溅，影响操作工人安全和焊接品质；硅含量过低时，焊接品质合格率难以达到100％要求；硅钢片厚度增大，也将导致焊接易发生明显的飞溅，而且即便是在极小电流(4KA)下操作，也依然会产生飞溅，影响操作工人安全和焊接品质。此外，采用本发明的方案，可以在相对较小的焊接电流下实现焊接。

步骤S2进行电阻点焊的具体工艺可以采用本领域熟知的相应工艺过程。本发明优选的，一些实施方式中，步骤S2中，先使用焊接电极头对待焊接板件进行预焊接；

然后在待焊接板件的上、下位置均放置焊接电极头，并将所述待焊接板件夹紧于焊接电极头之间进行电阻点焊(即正式的电阻点焊)；进行电阻点焊的焊接电流和焊接时间的选择为：以焊接电流为横坐标并以焊接时间为纵坐标构建的二维坐标系中，焊接电流和焊接时间的参数选取自如下坐标点依次按照坐标点A、坐标点B、坐标点D、坐标点C、坐标点A的顺序以直线连线所形成的封闭区域内的任意坐标点所定义的焊接电流和焊接时间：

坐标点A(200ms,8KA)、坐标点B(450ms,8KA)、坐标点C(240ms,7.2KA)和坐标点D(620ms,7.2KA)。采用该定义区域内的焊接时间和焊接电流参数要求，可以保证大厚度热成型钢材良好的焊接品质，确保熔核生成，避免产生飞溅。为便于理解，图2中示出了以焊接电流为横坐标并以焊接时间为纵坐标构建的二维坐标系中，坐标点A、坐标点B、坐标点D、坐标点C、坐标点A依次以直线连线所形成的封闭区域的示意图。

文中所述的“依次按照坐标点A、坐标点B、坐标点D、坐标点C、坐标点A的顺序以直线连线所形成的封闭区域”其目的仅在于定义封闭区域在二维坐标系中的位置，坐标点A、坐标点B、坐标点C、坐标点D作为该封闭区域的四个端点；对于该封闭区域不排除其他的描述方式，但关键在于限定其在二维坐标系中的确切位置。

电阻点焊为本领域熟知的焊接方式，其具体的工艺操作过程可以采用本领域所熟知的方式进行，对此不作限制。具体的，例如，在步骤S1中，依次将薄板、硅钢片、大厚度热成型钢板和高强钢板依次层叠放置后，可以使用大力钳固定各层板件之间的相对位置。具体的，例如，在步骤S2中，进行预焊接之前预先对焊接电极头进行研磨，使其平整无缺陷，电极头直径例如可以为但不限于8mm；然后用研磨后的焊接电极头对待焊接板件进行预焊接，预焊接的次数不做限制，本领域技术人员可以根据实际焊接需要而确定，例如焊接20次等；进行预焊接主要在于保证后续正式焊接时，使焊接电极头和板件之间良好的接触，避免局部点接触，此为本领域常规操作，不做赘述。预焊接的焊接电流和焊接时间可以采用本领域常规选择的焊接参数，对此不作特别要求，例如焊接电流可以为5KA～8KA等，焊接时间可以为50～200ms等。

步骤S2中，进行正式的电阻点焊时，在本发明所优选的焊接电流和焊接时间条件下进行，可以确保大厚度热成型钢材良好的焊接品质，确保熔核生成，避免产生飞溅。如上文所述的，以及结合图2，以焊接电流为横坐标和以焊接时间为纵坐标的二维坐标系中，坐标点A(200ms,8KA)、坐标点B(450ms,8KA)、坐标点C(240ms,7.2KA)和坐标点D(620ms,7.2KA)作为端点限定的四边形封闭区域(以坐标点A、B、D、C、A顺序直线连接的四边形封闭区域)内的任意坐标点(包括封闭区域的边缘所对应的坐标点和边缘线以内的任意坐标点)所定义的焊接电流和焊接时间。对于正式的电阻点焊操作中的其他参数，无特别限制，本领域技术人员可以根据其掌握的点焊领域的常规手段以及结合操作经验而确定。在一些实施方式中，在步骤S2进行正式的电阻点焊时，将待焊接板件置于上下焊接电极头之间，通过操作焊接用气缸来施加压力，使待焊接板件被上下焊接电极头夹紧，该压力并无特别限制，以能达到夹紧的效果为准，本领域技术人员可以根据夹紧程度而合理确定该压力值，例如为5Mpa、6Mpa等，夹紧后，可以保持该压力一段时间，例如40-200ms等，以稳定夹紧的状态。

在步骤S2完成正式的点焊操作后，还可以再一次通电进行回火，通过再一次通电以达到细化晶粒的效果。此操作为本领域所常规的，其具体参数可以采用本领域所常规选择的那些，例如回火阶段焊接电流可以为5～8KA,焊接时间可以为50～200ms。

大厚度热成型钢板为汽车领域所熟知的钢材，其厚度例如为1.8mm-3.0mm，一些实施方案中，其厚度例如为2.2mm-3.0mm。

一些实施方式中，所述薄板的厚度为0.6-0.9mm。

一些实施方式中，所述薄板的拉伸强度为260～320Mpa左右。

一些实施方式中，所述薄板为软钢材料。

一些实施方式中，所述大厚度热成型钢板的拉伸强度为1350-1500Mpa。

本发明还提供一种汽车用大厚度热成型钣金材料，包括依次层叠的薄板、硅钢片、大厚度热成型钢板和高强钢板，且各层板件之间通过电阻点焊焊接连接；

其中，所述薄板的厚度小于所述大厚度热成型钢板的厚度，所述大厚度热成型钢板的厚度为1.8mm-3.0mm，一些实施方案中例如为2.2mm-3.0mm；

所述硅钢片的厚度为0.1mm-0.2mm，硅含量为2.4wt％3.7wt％，一些实施方案中硅含量例如为2.5wt％-3.4wt％。

一些实施方式中，所述薄板的厚度为0.6-0.9mm，拉伸强度为260～320Mpa；所述大厚度热成型钢板的拉伸强度为1350-1500Mpa。所述硅钢片的电阻率为34-56uΩ·cm。

一些实施方式中，所述薄板为软钢。

可以采用上文所述的点焊焊接方法获得所述汽车用大厚度热成型钣金材料。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1、在保证当前焊装生产线和设备不发生重大变更的前提条件下，实现了大厚度热成型材料和薄板之间的点焊焊接，且能在薄板侧能形成满足品质要求的焊核尺寸(大于3.5mm)；

2、在不增加零件费用和模具费用的前提下，轻量化效果预计5Kg/车左右，对于整车轻量化贡献明显。

附图说明

图1为本发明一些实施方式中的焊接方法示意图；

图2示出了以焊接电流为横坐标并以焊接时间为纵坐标构建的二维坐标系中，按照坐标点A、坐标点B、坐标点D、坐标点C、坐标点A的顺序依次以直线连线所形成的封闭区域的示意图；

图3-4依次分别为实施例1、3的凿检结果；

图5-7依次分别为实施例1、3、5的金相实验结果；

图8为实施例1-2、4-8、11-12的TSS实验结果；

图9为实施例3、9-10的TSS实验结果。

附图标记说明：

1-焊接电极头，2-薄板，3-硅钢片，4-大厚度热成型钢板，5-高强钢板，6-焊接电极头。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。

文中所涉及的软钢、高强钢板(或称高强度钢板)、热成型钢等均为汽车领域公知的常规使用的材料，本发明可以采用汽车领域允许使用的相应材料，对此不作赘述，以下实施例所用相应材料仅为示例而不意味着本发明仅限于此。

实施例中所用软钢为镀锌板，厚度为0.7mm，拉伸强度为270Mpa(SP783 T0.7(270镀锌板))。

实施例中所用高强钢板的拉伸强度为1180Mpa，厚度为1.0mm(1180T1.0)；

实施例中所用大厚度热成型钢板的厚度为2.5mm，拉伸强度为1500Mpa(热成型T2.5)。

TSS试验(拉伸剪切强度试验)：使用拉力试验机，进行焊点连接强度的确认，其中峰值力需要满足品质要求(拉伸剪切强度试验中检测到的最大力大于2.6KN(即，2.6KN为需满足的最小力值要求)，则为OK；若无法满足该要求，则为不合格(NG))。

凿检：使用凿子，击打焊核部位，直至焊核部位发生与母材的断裂，凿检完成后，检查焊核是否生成以及焊核的大小，需要同时满足焊核生成和大小(焊核直径均大于3.5mm)要求，才可以认为焊接品质是合格(OK)的。

实施例1-12

按照下面的步骤进行汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接：

S1：将软钢、硅钢片、大厚度热成型钢板和高强钢板依次层叠放置，使用大力钳固定各层板件之间的相对位置，获得待焊接板件；

S2：研磨铜合金焊接电极头，研磨后平整无缺陷，电极头直径为8mm；

使用研磨后的铜合金焊接电极头对步骤S1中的待焊接板件进行预焊接(即一次通电)，预焊接次数为20次；预焊接的焊接参数为：焊接电流为7KA，焊接时间为100ms,冷却时间为40ms；

在待焊接板件的上、下位置均放置铜合金焊接电极头，操作焊接用气缸,压力为6Mpa，使上下焊接电极头夹紧待焊接板件，并保持60ms时间；在如表1所示的焊接电流和焊接时间参数下，在上下焊接电极头通电进行正式焊接(即二次通电)，完成焊点的融化和焊接。之后再次通电(即三次通电)回火，焊接参数为：焊接电流为6KA,焊接时间为100ms。完成焊接后，切断电流，并使上下焊接电极头继续保持闭合和压紧200ms；

去除压力，释放上下焊接电极头，在空气中冷却。

结果：经凿检检查，实施例1-12薄板侧(即软钢侧)均有焊核生成，且焊核直径均大于3.5mm；作为代表的，图3-4分别为实施例1、3的凿检结果，其余实施例的实验结果均和实施例1、3类似，不再赘述。此外，经金相实验再次确认，通过局部放大观察焊核的生成情况，发现实施例1-12的焊核大小均满足大于3.5mm的要求；作为代表的，图5-7依次分别示出了实施例1、3、5的金相实验结果(其余实施例经金相检测，均为合格案例，金相试验结果类似)。经TSS拉伸力检测，均能满足大于2.6KN的要求，即能满足最小力值的要求。通过实验可见，本发明采用相对较小的电流，即可完成此类型板组焊。TSS试验的检测结果参见图8-9，从图中可见，各个实施例对应的拉伸曲线(曲线上的标号即为对应的实施例编号)均满足最小力值要求，即大于2.6KN，说明焊点在承受力的能力上是合格的，可以用于后续的大厚度热成型材料的焊接和生产。

表1

对比例1

采用常规焊接方法，和实施例1相同之处不再赘述，下面仅对不同之处进行说明：

步骤S1中，在软钢和大厚度热成型钢板之间没有加入硅钢片作为中间介质层。

步骤S2中，预焊接的焊接参数为：焊接电流为6KA，焊接时间为100ms,冷却时间为40ms；

正式焊接的焊接参数为：焊接电流8KA、焊接时间300ms。

结果：薄板侧无焊核生成，无法实现焊接。

发明人还按照对比例1的常规方法，考察正式焊接时焊接电流8KA、9KA、10KA、11KA、12KA条件下，分别调整焊接时间至240ms、260ms、280ms、300ms、320ms、340ms、360ms、380ms、400ms，结果均在薄板侧无焊核生成，无法实现焊接。此外，发明人还考察了采用对比例1的常规焊接方法(正式焊接时焊接电流8KA、焊接时间240ms)，在其中增加使用常用的二合一焊装胶(例如盛世达(广州)化工有限公司的103/103G/102/HSF-7070)，结果同样无法实现焊接，薄板侧同样无焊核生成。在使用焊装胶(以103G为例)的基础上，发明人还考察了在焊装胶中增加玻璃珠，玻璃珠加入量为5％、20％、38％、43％的焊接效果，结果发现在薄板侧同样无焊核生成。

对比例2

对比例2和实施例1相同之处不再赘述，下面对对比例2的不同之处进行说明：

步骤S1中，所用硅钢片的厚度为0.3mm；

步骤S2中，正式焊接时焊接参数为：焊接电流为7.2KA，焊接时间为320ms。

结果：发生明显的飞溅，影响操作工人的安全和焊接品质。

发明人还在对比例2基础上，考察了在焊接电流7.2KA、焊接时间160ms，焊接电流8KA、焊接时间160ms，焊接电流8KA、焊接时间320ms条件，分别进行试验，结果均发生明显的飞溅。进一步的，发明人还考察了，在对比例2基础上，在更小的焊接电流4KA下焊接160ms、320ms，结果依然发生明显的飞溅。

对比例3

对比例3和实施例1相同之处不再赘述，下面对对比例3的不同之处进行说明：

步骤S1中，所用硅钢片的厚度为0.2mm，硅含量为2.3wt％。

步骤S2中，在如下表2所示的正式焊接的焊接参数下进行焊接；

结果发现在硅含量2.3wt％焊接品质合格率无法100％满足要求。

表2

对比例4

对比例4和实施例1相同之处不再赘述，下面对对比例3的不同之处进行说明：

步骤S1中，所用硅钢片的厚度为0.1mm，硅含量为3.8wt％。

步骤S2中，正式焊接的焊接参数为：焊接电流7.2KA，焊接时间380ms，压力为5MPA,结果发生明显的飞溅，影响操作工人的安全和焊接品质，且TSS实验不合格。

本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将薄板、硅钢片、大厚度热成型钢板和高强钢板依次层叠放置，固定各层板件之间的相对位置，获得待焊接板件；

其中，所述薄板的厚度小于所述大厚度热成型钢板的厚度，所述大厚度热成型钢板的厚度为1.8mm-3.0mm；

所述硅钢片的厚度为0.1mm-0.2mm，硅含量为2.4wt％-3.7wt％；

S2：通过电阻点焊使所述待焊接板件的各层板件之间焊接连接，并在薄板侧形成焊核。

2.根据权利要求1所述的汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，其特征在于，步骤S2中，先使用焊接电极头对所述待焊接板件进行预焊接；

然后在待焊接板件的上、下位置均放置焊接电极头，并将所述待焊接板件夹紧于焊接电极头之间进行电阻点焊；进行电阻点焊的焊接电流和焊接时间的选择为：以焊接电流为横坐标并以焊接时间为纵坐标构建的二维坐标系中，焊接电流和焊接时间的参数选取自如下坐标点依次按照坐标点A、坐标点B、坐标点D、坐标点C、坐标点A的顺序以直线连线所形成的封闭区域内的任意坐标点所定义的焊接电流和焊接时间：

坐标点A(200ms,8KA)、坐标点B(450ms,8KA)、坐标点C(240ms,7.2KA)和坐标点D(620ms,7.2KA)。

3.根据权利要求1或2所述的汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，其特征在于，所述薄板的厚度为0.6-0.9mm，所述薄板为软钢。

4.根据权利要求3所述的汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，其特征在于，所述薄板的拉伸强度范围为260～320Mpa；和/或，所述大厚度热成型钢板的拉伸强度为1350-1500Mpa。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，其特征在于，所述硅钢片的硅含量为2.5wt％-3.4wt％。

6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的汽车用大厚度热成型钣金材料的点焊焊接方法，其特征在于，所述硅钢片的电阻率为34-56uΩ·cm。

7.一种汽车用大厚度热成型钣金材料，其特征在于，包括依次层叠的薄板、硅钢片、大厚度热成型钢板和高强钢板，且各层板件之间通过电阻点焊焊接连接；

其中，所述薄板的厚度小于所述大厚度热成型钢板的厚度，所述大厚度热成型钢板的厚度为1.8mm-3.0mm；

所述硅钢片的厚度为0.1mm-0.2mm，硅含量为2.4wt％3.7wt％。

8.根据权利要求7所述的汽车用大厚度热成型钣金材料，其特征在于，所述薄板的厚度为0.6-0.9mm，拉伸强度为260～320Mpa左右；所述大厚度热成型钢板的拉伸强度为1350-1500Mpa；所述硅钢片的电阻率为34-56uΩ·cm。

9.根据权利要求8所述的汽车用大厚度热成型钣金材料，其特征在于，所述薄板为软钢。

10.根据权利要求7-9任一项所述的汽车用大厚度热成型钣金材料，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的点焊焊接方法获得所述汽车用大厚度热成型钣金材料。

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