CN112570868A - 一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法 - Google Patents

一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，通过在不少于两个待焊工件待焊位置的搭接处，采用人工预置一层锌或锌合金金属片或以化学或喷涂等方式在搭接处预制锌或锌合金涂层，在电阻点焊的通电焊接阶段，焊接区域的锌或锌合金层首先发生熔化，且在电极压力的作用下熔化的锌或锌合金层被挤出焊点区域，焊接结束后，在围绕焊核之外点焊工件的结合处形成了特定的连续或非连续的锌或锌合金的区域，且熔化的锌或锌合金与焊接工件的熔核产生了冶金结合，此处锌或锌合金的区域可为焊核与外界腐蚀介质之间提供一种物理隔离，该方法可以在同等条件下明显提高焊点的耐腐蚀性能。

Description

一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法。
背景技术
近年以来，伴随着更为严苛的汽车排放法律法规的施行，汽车制造商需要研发生产出更为节能减排的汽车产品。汽车的轻量化是实现节能减排最为有效的途径之一，一般情况下燃油车整车重量每下降10％，相应的能够减少5-10％的排放。为实现车身轻量化的同时不降低汽车的安全性，先进高强度汽车零部件目前广泛的应用于汽车车身的制造。由于抗拉强度超过1000MPa的冷成形超高强钢在冲压过程中面临高回弹、成形尺寸精度不足及对冲压模模具磨损严重等问题，导致其在车身安全部件上的应用受到局限。热冲压成形技术具有零件尺寸精度高、成形性能好、强度级别高、冲压所需吨位小等优点。目前1500MPa级别的裸板和铝基镀层热成型零部件已经广泛应用在汽车车身上，如A柱、B柱、C柱、门框加强梁、前围横梁、左右纵梁、车门保险杠等安全件。随着车厂对轻量化和安全性的进一步提高，目前1800MPa级别的热成形钢已经实现量产，并在中高端车型的车门保险杠和前后防撞梁等零部件上得以应用。
电阻点焊由于具有生产效率高、易于实现自动化等优点，已经在汽车工业中被广泛使用，同时也是热成形零部件焊装时的主要的焊接方法。
在装车后，更高强度级别的热成形零部件通常处于在车身空腔位置，容易发生电泳不良的风险，热成形零部件焊接之后的焊点连接界面处缝隙很小，电泳过程中电泳漆无法达到焊点的连接面，其次，由于热成形钢零部件焊点位置的材料在焊接过程中经过加热-熔化-凝固-冷却的热循环，较非焊接区域，焊核区域组织、成分不均匀，硬度呈梯度分布，焊核及其周围存在较大的焊接内应力，因此在整车服役过程中，车身处于暴露于腐蚀环境中，热成形零部件焊点的结合面的位置是最易发生锈蚀的位置，继而存在引发安全问题的风险
发明内容
鉴于以上现状，本发明提供了一种可以提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，该方法可以在同等条件下明显提高焊点的耐腐蚀性能。
本发明的具体技术方案为：一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，通过以下步骤进行实施，并对具体的步骤进行说明：
1)待焊工件准备阶段：
对热成形工件的待焊接区域进行清洁处理。热成形工件基材的主要化学成分以重量％计分别为：C：0.28～0.50、Si：0.20～0.80、Mn：0.50～1.20、P：≤0.05、S：≤0.05、Al：≤0.10、Cr：0.10～0.80、Mo：≤0.5、B：≤0.005、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.04～0.10，余量为Fe和不可避免的杂质。热成形工件基材的厚度为0.5mm-3.0mm。进一步的热成形工件的基材无镀层或有铝基镀层，镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：8～12，余量为Al和不可避免的杂质。热成形工件的抗拉强度范围为1800MPa-2100MPa。
2)电极准备阶段
调整上下电极的位置及方向使上下电极对中，此步骤的主要目的是保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流。进一步的电极的端面直径为5mm-7mm。
3)预置层加入
将锌或锌合金的预制层放置于待焊工件的搭接区域。该预置层为纯锌或锌合金，进一步的，预置层主要化学成分以重量％为：Zn：75～100，其余为Mg、Al等元素和不可避免的杂质。进一步的锌合金预制层主要化学成分以重量％为：Zn：79～98，Al：0.5～15，Mg：0.5～6；进一步的锌合金预制层主要化学成分以重量％为：Zn：96～99，Al：0.5～2，Mg：0.5～2。进一步的该预制层厚度为0.01mm-0.5mm，主要考虑到厚度小于0.01mm时，因焊接过程中焊核区温度远远高于预制层的熔点，预制层太薄会因蒸发而起不到保护作用，厚度大于0.5mm时，因预制层的存在会改变焊接过程中焊接电流的分布和产热量，对最终的焊接质量造成较大的影响。
采用人工预置一层锌或锌合金金属片或以化学或喷涂等方式在搭接处预制锌或锌合金涂层，进一步的可通过电镀、热镀、气相沉积、热喷涂等方式在待焊位置的搭接处预制一层Zn或Zn合金达到与人工添加锌或锌合金层所起到的同等效果。
4)焊接阶段：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。焊接过程中主要的焊接工艺中焊接电流范围为5.0kA-12.0kA，电极压力范围为3.0kN-8.0kN，焊接时间100ms-500ms。
进一步的，当热成形工件厚度在0.7-1.4mm时，优选的焊接参数如下：焊接时间：150ms-300ms；焊接电流：5.0kA-9.0kA，焊接压力：3.0-5.0kN；
当热成形工件厚度在1.5-2.0mm时，优选的焊接参数如下：焊接时间：180ms-400ms；焊接电流：6.0kA-10.0kA，焊接压力：3.5-5.5kN；
当热成形工件厚度在2.1-2.5mm时，优选的焊接参数如下：焊接时间：200ms-500ms；焊接电流：7.0kA-11.0kA，焊接压力：4.0-6.0kN。
进一步的，焊接阶段，通电初期Zn或Zn合金预置层首先达到熔点，熔化的Zn和Zn合金在上下电极的作用下被挤出焊核区域，并在焊核周围聚集。
5)保压冷却阶段
焊接电流通电结束后，推荐的保压时间为200～500ms。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过本发明的技术方案可提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性，本发明通过在不少于两个待焊工件待焊位置的搭接处，采用人工预置一层锌或锌合金金属片或以化学或喷涂等方式在搭接处预制锌或锌合金涂层；在电阻点焊的通电焊接阶段，焊接区域的锌或锌合金层首先发生熔化，且在电极压力的作用下熔化的锌或锌合金层被挤出焊点区域，焊接结束后，在围绕焊核之外点焊工件的结合处形成了特定的连续或非连续的锌或锌合金的区域，且熔化的锌或锌合金与焊接工件的熔核产生了冶金结合，此处锌或锌合金的区域可为焊核与外界腐蚀介质之间提供一种物理隔离，进一步的锌或锌合金相对于Fe及以Fe为基体的合金具有牺牲阳极保护作用，可以在腐蚀介质中提供较好的电化学保护，基于上述的物理隔离和电化学防腐作用，该方法可以在同等条件下明显提高焊点的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明的焊接示意图；
图中：1、上电极，12、上电极端面，2、下电极，21、下电极端面，3、一号工件，4、二号工件，5、预置层。
具体实施方式
下面结合说明书附图1和具体实施例对发明做进一步地描述。
实施例1
一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其步骤如下：
1)待焊工件准备阶段：
对热成形工件的待焊接区域进行清洁处理。待焊一号工件3和二号工件4为无镀层热成形钢，厚度均为1.2mm，化学成分以重量％计分别为：C：0.37、Si：0.35、Mn：0.93、P：0.004、S：0.006、Al：0.05、Cr：0.3、Mo：0.004、B：0.004、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.082，余量为Fe和不可避免的杂质。
2)电极准备阶段
调整电阻点焊机焊枪的上电极1和下电极2的位置及方向使上下电极对中，进一步的上电极端面12和下电极端面21的直径为6mm，保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流。
3)预置层加入
将预制层5放置于待焊一号工件3和二号工件4的搭接区域内。预置层5为纯锌，主要化学成分以重量％为：Zn：100，其余为不可避免的杂质。优选的该预置层厚度为0.2mm。4)焊接阶段：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。该实施例的主要焊接工艺参数如下：焊接时间：180ms～220ms；焊接电流：6.2kA～8kA，焊接压力：3.5～4.5kN。
5)保压冷却阶段
焊接电流通电结束后，推荐的保压时间为300ms。
通过上述步骤的实施，对工件焊接后，在围绕焊核之外的点焊工件的结合处形成了特定的连续或非连续的锌或锌合金的区域，且熔化的锌或锌合金与焊接工件的熔核产生了冶金结合，此处锌或锌合金的区域可以为工件焊核与外界腐蚀介质之间提供一种物理隔离，进一步的Zn及以Zn为基体的合金相对于Fe及以Fe为基体的合金具有牺牲阳极阴极保护作用，可以在腐蚀介质中提供较为好的电化学保护，基于上述的物理隔离和电化学防腐作用，该方法可以在同等条件下明显提高焊点的耐腐蚀性能。
实施例2
一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其步骤如下：
1)待焊工件准备阶段：
对热成形工件的待焊接区域进行清洁处理。待焊一号工件3和二号工件4为无镀层热成形钢，厚度均为1.2mm，化学成分以重量％计分别为：C：0.37、Si：0.35、Mn：0.93、P：0.004、S：0.006、Al：0.05、Cr：0.3、Mo：0.004、B：0.004、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.082，余量为Fe和不可避免的杂质。
2)电极准备阶段
调整电阻点焊机焊枪的上电极1和下电极2的位置及方向使上下电极对中，进一步的上电极端面12和下电极端面21的直径为6mm，保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流。
3)预置层加入
将预制层5放置于待焊一号工件3和二号工件4的搭接区域内。预置层5为纯锌，主要化学成分以重量％为：Zn：98，Al：1.4，Mg：0.6，其余为不可避免的杂质。优选的该预置层厚度为0.2mm。
4)焊接阶段：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。该实施例的主要焊接工艺参数如下：焊接时间：180ms～220ms；焊接电流：6.2kA～8kA，焊接压力：3.5～4.5kN；
5)保压冷却阶段
焊接电流通电结束后，推荐的保压时间为300ms。
通过上述步骤的实施，对工件焊接后，在围绕焊核之外的点焊工件的结合处形成了特定的连续或非连续的锌或锌合金的区域，且熔化的锌或锌合金与焊接工件的熔核产生了冶金结合，此处锌或锌合金的区域可以为工件焊核与外界腐蚀介质之间提供一种物理隔离，进一步的Zn及以Zn为基体的合金相对于Fe及以Fe为基体的合金具有牺牲阳极阴极保护作用，可以在腐蚀介质中提供较为好的电化学保护，基于上述的物理隔离和电化学防腐作用，该方法可以在同等条件下明显提高焊点的耐腐蚀性能。
实施例3
一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其步骤如下：
1)待焊工件准备阶段：
对热成形工件的待焊接区域进行清洁处理。待焊一号工件3和二号工件4为铝硅镀层热成形钢，厚度均为1.2mm，化学成分以重量％计分别为：C：0.37、Si：0.35、Mn：0.93、P：0.004、S：0.006、Al：0.05、Cr：0.3、Mo：0.004、B：0.004、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.082，余量为Fe和不可避免的杂质。铝硅镀层厚度在35μm，镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：9.0，余量为Al和不可避免的杂质
2)电极准备阶段
调整电阻点焊机焊枪的上电极1和下电极2的位置及方向使上下电极对中，进一步的上电极的端面12和下电极端面21的直径为6mm，保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流。
3)预置层加入
将预制层5放置于待焊一号工件3和二号工件4的搭接区域内。预置层5为纯锌，主要化学成分以重量％为：Zn：82，Al：14，Mg：4；其余为不可避免的杂质。优选的该预置层厚度为0.2mm。
预置层主要化学成分以重量％为：Zn：75～100，其余为Mg、Al等元素和不可避免的杂质。进一步的锌合金预制层进一步的锌合金预制层主要化学成分以重量％为：Zn：96～99，Al：0.5～2，Mg：0.5～2。进一步的该预制层厚度为0.01mm-0.5mm，
4)焊接阶段：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。该实施例的主要焊接工艺参数如下：焊接时间：180ms～220ms；焊接电流：6.2kA～8kA，焊接压力：3.5～4.5kN；
5)保压冷却阶段
焊接电流通电结束后，推荐的保压时间为300ms。
通过上述步骤的实施，对工件焊接后，在围绕焊核之外的点焊工件的结合处形成了特定的连续或非连续的锌或锌合金的区域，且熔化的锌或锌合金与焊接工件的熔核产生了冶金结合，此处锌或锌合金的区域可以为工件焊核与外界腐蚀介质之间提供一种物理隔离，进一步的Zn及以Zn为基体的合金相对于Fe及以Fe为基体的合金具有牺牲阳极阴极保护作用，可以在腐蚀介质中提供较为好的电化学保护，基于上述的物理隔离和电化学防腐作用，该方法可以在同等条件下明显提高焊点的耐腐蚀性能。
上述实施方式对本发明的目的、实施效果进行了详细阐述，所应理解的是，上述实施方式仅是本发明的具体实施方式，本发明并不受上述方式的限制，凡在本发明的精神和原则之内，或采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其特征是，步骤如下：
1)待焊工件准备阶段：
对热成形工件的待焊接区域进行清洁处理，热成形工件基材的主要化学成分以重量％计分别为：C：0.28～0.50、Si：0.20～0.80、Mn：0.50～1.20、P：≤0.05、S：≤0.05、Al：≤0.10、Cr：0.10～0.80、Mo：≤0.5、B：≤0.005、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.04～0.10，余量为Fe和不可避免的杂质；热成形工件基材的厚度为0.5mm-3.0mm；
2)电极准备阶段
调整上下电极的位置及方向使上下电极对中，保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流，电极的端面直径为5mm-7mm；
3)预置层加入
将锌或锌合金的预制层放置于待焊工件的搭接区域；该预置层为纯锌或锌合金，预置层主要化学成分以重量％为：Zn：75～100，其余为Mg、Al等元素和不可避免的杂质；
采用人工预置一层锌或锌合金金属片或以化学或喷涂等方式在搭接处预制锌或锌合金涂层，进一步的可通过电镀、热镀、气相沉积、热喷涂等方式在待焊位置的搭接处预制一层Zn或Zn合金达到与人工添加锌或锌合金层所起到的同等效果；
4)焊接阶段：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸；焊接过程中主要的焊接工艺中焊接电流范围为5.0kA-12.0kA，电极压力范围为3.0kN-8.0kN，焊接时间100ms-500ms；
焊接阶段，通电初期Zn或Zn合金预置层首先达到熔点，熔化的Zn和Zn合金在上下电极的作用下被挤出焊核区域，并在焊核周围聚集；
5)保压冷却阶段
焊接电流通电结束后，推荐的保压时间为200～500ms。
2.根据权利要求1所述的一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其特征是，所述步骤1)中的热成形工件的基材无镀层或有铝基镀层，镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：8～12，余量为Al和不可避免的杂质；热成形工件的抗拉强度范围为1800MPa-2100MPa。
3.根据权利要求1所述的一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其特征是，所述的步骤3)中的锌合金预制层主要化学成分以重量％为：Zn：79～98，Al：0.5～15，Mg：0.5～6。
4.根据权利要求1所述的一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其特征是，所述的步骤3)中的锌合金预制层主要化学成分以重量％为：Zn：96～99，Al：0.5～2，Mg：0.5～2。
5.根据权利要求3或4所述的一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其特征是，所述的步骤3)预制层厚度为0.01mm-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种提高1800MPa级热成形钢电阻点焊焊点耐蚀性的方法，其特征是，所述的步骤4)中，当热成形工件厚度在0.7-1.4mm时，焊接参数如下：焊接时间：150ms-300ms；焊接电流：5.0kA-9.0kA，焊接压力：3.0-5.0kN；
当热成形工件厚度在1.5-2.0mm时，焊接参数如下：焊接时间：180ms-400ms；焊接电流：6.0kA-10.0kA，焊接压力：3.5-5.5kN；
当热成形工件厚度在2.1-2.5mm时，焊接参数如下：焊接时间：200ms-500ms；焊接电流：7.0kA-11.0kA，焊接压力：4.0-6.0kN。
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