CN113618213A - 一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，具体步骤如下：将2GPa钢的待焊区域打磨、清洗，然后置于电阻点焊机电极头之间，施加电极压力；采用电阻点焊机对2GPa钢进行临界焊接脉冲电流I₀探索测试；更换待焊2GPa钢，施加电极压力并采用预热脉冲电流对2GPa钢板待焊区域进行预热，然后冷却；采用焊接脉冲电流对2GPa钢板进行焊接，然后冷却；采用回火脉冲电流对已形成焊点的区域进行回火。本发明解决2GPa钢因较高碳当量导致的焊接接头力学性能较差的问题，为2GPa钢在车体广泛应用提供技术支持。

Description

一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺

技术领域

本发明涉及车用先进超高强钢焊接技术领域，更具体的说是涉及一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺。

背景技术

汽车轻量化是减少汽车能耗的主要途径，汽车轻量化的同时保证汽车的安全性能是现代汽车的发展趋势。车用先进超高强钢因具有超高强度以及优异的吸能性能等优点，在汽车车身制造中得到广泛应用。随着钢铁冶炼技术的不断进步，车用高强钢的抗拉强度从590MPa已经提升到2000MPa。

电阻点焊因操作简单、生产效率高、点焊接头性能优异等优势被广泛应用于车身制造过程中，是白车车身制造过程中最主要的焊接工艺。据统计，一辆轿车车体约有3000～6000个电阻点焊接头。

随着车用先进超高强钢强度的提升，材料中碳元素的比例逐渐增大，钢材中碳当量的增加给车用先进超高强钢的焊接带来了巨大挑战。2GPa钢为热成型钢，主要用于汽车车门加强板和防撞梁，其抗拉强度≥2000MPa。因2GPa钢较高的碳当量，其焊接性较差，在电阻点焊过程中容易产生飞溅、缩孔等问题，且焊接工艺窗口较窄，点焊接头拉剪力较低，以上劣势制约了2GPa钢在车体上的广泛应用。

因此，结合上述问题，提供一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，采用小脉冲电流预热，大脉冲电流焊接，小脉冲电流长时间回火，避免大脉冲电流在回火过程中形成较大二次形核影响拉剪力和塑性，解决2GPa钢因较高碳当量导致的焊接接头力学性能较差的问题，为2GPa钢在车体广泛应用提供技术支持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，具体步骤如下：

S1，将2GPa钢的待焊区域打磨、清洗，然后置于电阻点焊机电极头之间，施加电极压力；

S2，采用电阻点焊机对2GPa钢进行临界焊接脉冲电流I₀探索测试；

S3，更换待焊2GPa钢，施加电极压力并采用预热脉冲电流对2GPa钢板待焊区域进行预热，然后冷却，所述预热脉冲电流设为I₁，预热时间设为T₁，预热的冷却时间设为T_L1；

S4，采用焊接脉冲电流对2GPa钢板进行焊接，然后冷却，所述焊接脉冲电流设为I₂，焊接时间设为T₂，焊接的冷却时间设为T_L2；

S5，采用回火脉冲电流对已形成焊点的区域进行回火，所述回火脉冲电流设为I₃，回火时间设为T₃。

优选的，所述步骤S1中的电极头直径为4-8mm，电极压力为3-5KN。

优选的，所述步骤S2中的临界焊接脉冲电流I₀为2GPa钢板焊接过程中发生飞溅时所用脉冲电流。

优选的，所述步骤S3中施加电极压力为3.5KN-4.5KN。

优选的，所述步骤S3中的预热脉冲电流I₁为3KA-5KA，预热时间T₁为0.1-0.5s，预热的冷却时间T_L1为0.1-0.5s。

优选的，所述步骤S4中的焊接脉冲电流I₂为I₀-2≤I₂≤I₀-1，焊接时间T₂为0.3-0.8s，焊接的冷却时间T_L2为0.1-0.5s。

优选的，所述步骤S5中的回火脉冲电流I₃为3/4I₂≤I₃≤6/7I₂，回火时间T₃为1-2s。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过施加预热电流I₁对2GPa钢进行焊前预热，减小焊接过程中焊接区域与母材的温度梯度，使焊接区域与母材温度不均匀性降低，从而有效降低焊接应力并避免焊接裂纹的出现；

(2)本发明通过回火脉冲电流I₃对2GPa钢焊接脉冲电流I₂焊成的一次形核进行回火处理，使一次形核的焊接熔合线区域碳分布更加均匀，减小了焊接熔合线与周围区域的硬度差值，解决了2GPa钢电阻点焊接头在拉伸过程中裂纹沿熔合线起裂并扩展导致的拉剪力和塑性较低的问题；

(3)本发明通过预热脉冲电流、焊接脉冲电流和回火脉冲电流组合的三脉冲电流对2GPa钢进行电阻点焊，改变了原单焊接脉冲接头断裂路径，提高了2GPa钢点焊接头拉剪力和塑性。

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作简单地介绍，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的焊接工艺流程示意图；

图2附图为本发明的焊接工艺参数示意图；

图3附图为本发明的2GPa钢电阻点焊接头形貌，其中图3(a)为三脉冲电流形成的焊接接头，图3(b)为单焊接脉冲电流形成的焊接接头；

图4附图为本发明的2GPa钢电阻点焊接头断裂路径，其中图4(a)为三脉冲电流形成的焊接接头，图4(b)为单焊接脉冲电流形成的焊接接头。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例以预热、焊接、回火三脉冲电流焊接2GPa钢为例，所述2GPa钢的厚度为1.4mm，抗拉强度2000MPa，其方法流程图如图1所示，具体步骤如下所示：

S1，使用角磨机去除2GPa钢的待焊区域的氧化层、铁锈等表面杂质，并用粘有丙酮的无纺布对打磨区域擦拭，去除待焊区域表面油污，随后将两片已表面处理的2GPa钢板进行搭接并置于电阻点焊机两电极头之间，电极头直径为6mm，启动电阻点焊机并施加4KN的电极压力；

S2，采用电阻点焊机对2GPa钢进行临界焊接脉冲电流I₀探索测试，得到I₀为8KA；

S3，更换待焊2GPa钢，施加4KN电极压力并采用4KA的预热脉冲电流对2GPa钢板待焊区域进行0.2s的预热，降低待焊区域与母材温度不均匀性，然后冷却0.4s；

S4，采用7KA焊接脉冲电流对2GPa钢板进行焊接，焊接时间为0.32s，然后冷却0.4s；

S5，采用6KA的回火脉冲电流对已形成焊点的区域进行回火，回火时间为2s。

对比例1：

对比例1以预热脉冲电流与焊接脉冲电流双脉冲电流焊接2GPa钢为例，所述2GPa钢的厚度为1.4mm，抗拉强度2000MPa，具体步骤如下所示：

S1，使用角磨机去除2GPa钢待焊区域氧化层、铁锈等表面杂质，并用粘有丙酮的无纺布对打磨区域擦拭，去除待焊区域表面油污，随后将两片已表面处理的2GPa钢板进行搭接并放置电阻点焊机两电极头(直径6mm)之间；启动电阻点焊机并施加4KN电极压力；

S2，采用4KA预热脉冲电流对2GPa钢进行0.2s预热，降低待焊区域与母材温度不均匀性，然后冷却0.4s；

S3，采用7KA焊接脉冲电流对2GPa钢进行焊接，焊接时间为0.32s。

对比例2：

对比例2以焊接脉冲电流与回火脉冲电流双脉冲电流焊接2GPa钢为例，所述2GPa钢的厚度为1.4mm，抗拉强度2000MPa，具体步骤如下所示：

S1，使用角磨机去除2GPa钢待焊区域氧化层、铁锈等表面杂质，并用粘有丙酮的无纺布对打磨区域擦拭，去除待焊区域表面油污，随后将两片已表面处理的2GPa钢板进行搭接并放置电阻点焊机两电极头(直径6mm)之间；启动电阻点焊机并施加4KN电极压力；

S2，采用7KA焊接脉冲电流对2GPa钢进行焊接，焊接时间为0.32s，然后冷却0.4s；

S3，采用6KA回火脉冲电流对2GPa钢已形成形核的区域进行回火，回火时间为2s。

对比例3：

对比例3以单脉冲焊接电流焊接2GPa钢为例，所述2GPa钢的厚度为1.4mm，抗拉强度2000MPa，具体步骤如下所示：

S1，使用角磨机去除2GPa钢待焊区域氧化层、铁锈等表面杂质，并用粘有丙酮的无纺布对打磨区域擦拭，去除待焊区域表面油污，随后将两片已表面处理的2GPa钢板进行搭接并放置电阻点焊机两电极头(直径6mm)之间；启动电阻点焊机并施加4KN电极压力；

S2，采用7KA焊接脉冲电流对2GPa钢进行焊接，焊接时间为0.32s。

实施例1、对比例1、对比例2和对比例3中的2GPa钢点焊接头一次熔合线与周围区域显微维氏硬度值、拉伸力和塑性(拉剪最大力对应位移)的结果统计，如表1所示：

表1

通过实验例和对比例分析，本发明所采用的预热脉冲电流、焊接脉冲电流和回火脉冲电流组合三脉冲电流可有效的提高2GPa钢点焊接头拉剪力和塑性。本发明通过预热脉冲电流对母材及待焊区域进行焊前预热，有效降低焊接区域与母材之间的温度梯度，遏制焊接裂纹的产生。本发明通过施加回火脉冲电流对已形核的焊接区域进行回火处理，显著降低一次熔合线区域与周围区域的硬度差异，改变了2GPa钢点焊接头的断裂路径，有效提高2GPa钢点焊接头的综合力学性能。本发明所采用的电阻点焊工艺程序设计简单、生产效率高且无其他附加操作及设备，非常适用于实际车体制造。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，具体步骤如下：

S1，将2GPa钢的待焊区域打磨、清洗，然后置于电阻点焊机电极头之间，施加电极压力；

S2，采用电阻点焊机对2GPa钢进行临界焊接脉冲电流I₀探索测试；

S3，更换待焊2GPa钢，施加电极压力并采用预热脉冲电流对2GPa钢板待焊区域进行预热，然后冷却，所述预热脉冲电流设为I₁，预热时间设为T₁，预热的冷却时间设为T_L1；

S4，采用焊接脉冲电流对2GPa钢板进行焊接，然后冷却，所述焊接脉冲电流设为I₂，焊接时间设为T₂，焊接的冷却时间设为T_L2；

S5，采用回火脉冲电流对已形成焊点的区域进行回火，所述回火脉冲电流设为I₃，回火时间设为T₃。

2.根据权利要求1所述的一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S1中的电极头直径为4-8mm，电极压力为3-5KN。

3.根据权利要求1所述的一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S2中的临界焊接脉冲电流I₀为2GPa钢板焊接过程中发生飞溅时所用脉冲电流。

4.根据权利要求1所述的一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S3中施加电极压力为3.5KN-4.5KN。

5.根据权利要求1所述的一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S3中的预热脉冲电流I₁为3KA-5KA，预热时间T₁为0.1-0.5s，预热的冷却时间T_L1为0.1-0.5s。

6.根据权利要求1所述的一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S4中的焊接脉冲电流I₂为I₀-2≤I₂≤I₀-1，焊接时间T₂为0.3-0.8s，焊接的冷却时间T_L2为0.1-0.5s。

7.根据权利要求1所述的一种提高2GPa钢焊接头拉剪力和塑性的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S5中的回火脉冲电流I₃为3/4I₂≤I₃≤6/7I₂，回火时间T₃为1-2s。

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