CN117206654A - 一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，包括以下步骤：(1)采用现有技术方法测定镀锌超高强的初始焊接电流区间Imin～Imax；所述镀锌超高强钢为二层或多层钢板，其中至少一层钢板为镀锌层刚板；(2)测定所述镀锌超高强钢考虑LME裂纹情况下而允许的上限电流ILmax；(3)取初始焊接电流区间Imin～Imax与0～ILmax的交集，即Imin～min{ILmax，Imax}；本发明的测定方法，不仅可保证焊点的熔核直径满足要求、焊点不发生飞溅，还可避免焊点因点焊LME裂纹的存在而可能导致的性能恶化问题，显著提高了可焊电流区间测定的便捷和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用薄规格钢板焊接技术领域，具体涉及一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法。
背景技术
电阻点焊焊接技术具有成本低、效率高、易于实现自动化且焊点牢固等优点而广泛应用于汽车车身的制造中。通常使用焊点的熔核直径评价电阻点焊的焊接质量，焊点的熔核直径越大，焊接质量(焊点性能)越好。焊点的熔核直径随焊接电流的增大而增大，当焊接电流增大到一定程度，焊点开始出现飞溅，焊点的性能稳定性变差。这意味着钢板的电阻点焊工艺存在一个合适的焊接电流窗口(可焊电流区间)，该电流区间与熔核直径和焊点飞溅情况有关。传统的可焊电流区间测定方法是以焊点的熔核直径和焊点飞溅情况为判定依据。
随着汽车用镀锌钢强度等级的不断提高，汽车用镀锌钢板电阻点焊的液态金属致脆(LME)问题越来越严重。液态金属致脆是指材料与液态金属接触发生腐蚀，塑性降低乃至低应力脆断的现象。液态金属致脆在镀锌高强度钢板点焊中的表现为焊点出现裂纹，当裂纹超过一定长度，焊点的性能显著降低。大量文献研究表明，焊点的LME裂纹随焊接电流的增大而严重，当电流增大到一定程度，镀锌超高强钢焊点未发生飞溅，但可能已出现严重(裂纹长度超过允许值)的LME裂纹，导致焊点的性能较差且不稳定。现有技术中有较多关于镀锌超高强钢电阻点焊LME改善的研究。中国专利CN 113441826 A公开了抑制镀锌高强钢电阻点焊接头液态金属脆裂纹的点焊工艺，从焊接工艺的角度，开发了一种可一定程度上抑制液态金属脆裂纹的电阻点焊工艺，但该工艺采用的焊接时间较长，大大降低了焊接效率。中国专利CN110573335A公开了用于制造抗液态金属脆化的镀锌扩散退火钢板的方法，从材料本身的角度，通过对钢板进行特殊处理降低其液态金属致脆敏感性，从而一定程度上抑制电阻点焊过程中产生的裂纹，但该方法增大了钢板生产工序及工艺的复杂性，导致制造成本大幅提升。
现有技术均未改变镀锌超高强钢电阻点焊LME随着焊接电流增大而严重的现象。因此，仅考虑焊点熔核直径和焊点飞溅情况的传统的可焊电流区间评价方法不适用于当下的镀锌超高强钢焊接质量评估。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，基于该方法，不仅可保证焊点的熔核直径满足要求、焊点不发生飞溅，还可避免焊点因点焊LME裂纹的存在而可能导致的性能恶化问题。此外，通过本发明方法可快速找到焊点最严重裂纹所在位置的方法。基于该方法，可显著提高了可焊电流区间测定试验过程的便捷高效和准确性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，包括以下步骤：
(1)采用现有技术方法测定镀锌超高强钢板的初始焊接电流区间Imin～Imax，所述Imax＞Imin，所述镀锌超高强钢为二层或多层钢板，其中至少一层为镀锌层钢板；
(2)测定所述镀锌超高强钢板考虑LME裂纹情况下而允许的上限电流ILmax，具体方法为：取电流从小到大焊接出的所有焊点，将焊点沿着最大裂纹位置所在中心线偏左1mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上；将抛光好的焊点截面置于光学显微镜下观察裂纹并测量裂纹的深度；找出所有焊点内裂纹深度＜0.08t对应的电流，所述t为钢板厚度，将其中最大的电流值作为考虑LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax；
(3)取步骤(1)测定电流区间Imin～Imax与步骤(2)中测定电流0～ILmax的交集，即为镀锌超高强钢电阻点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}，所述min{ILmax，Imax}＞Imin。
上述步骤(1)中的现有技术方法可以是行业或企业电阻点焊标准中的任意一种，根据焊点的熔核直径与飞溅情况确定上下限电流。
示例性地，奔驰公司的企业标准：SEP 1220-Part 2《Testing and DocumentationGuideline for the Joinability ofthin sheet ofsteel-Part 2:ResistanceSpotWelding》。
标准中，规范了焊接时间和电极压力等焊接工艺参数，其对超高强钢规定的主要焊接工艺参数如电极压力为2.1～6.5kN、焊接时间为100～200ms和电极保持时间为120～500ms等。
标准中，具体的可焊电流区间测定方法如下：
①选定一个合适的初始电流(通常，该电流值≥4.8kA)，该合适的初始电流焊接出的焊点熔核直径＜4√t(t为钢板的厚度，下同)；
②以300A的电流步幅递增，每个电流点下焊接两个试样，直到两个试样首次最小焊点直径dwmin≥4√t，此电流为最小焊接电流为Ivmin；
③在Ivmin的基础上，继续以300A电流递增，直至某电流下两个试样均出现焊接飞溅。将此电流以100A步幅减小，直到某电流下最少3个连续试样都没有发生飞溅，则此焊接电流作为可焊区间上限电流Imax；
④从Ivmin开始以100A的电流梯度递增或递减寻找焊点直径最接近≥4√t的焊接电流，每个电流下连续焊接5个试样，若此电流下的焊点直径dwmin≥4√t且最接近4√t，则此电流作为可焊区间下限电流Imin。
另一示例性地，采用的主要焊接工艺参数如焊接电极压力为2000～6000N、焊接时间为60～200ms和电极保持时间为20～100ms。采用具体的可焊电流区间测定方法如下：
①选定一个合适的初始电流(通常，该电流值≥4.8kA)，该合适的初始电流焊接出的焊点熔核直径＜4√t(t为钢板的厚度，下同)；具体的，焊点熔核直径通过截面抛光腐蚀后测量确定。更具体的，将焊点沿中心线偏左0.5～2mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上，使用杭州晟享检测技术有限公司生产的“新型晶粒度浸蚀剂”浸蚀出熔核轮廓，使用光学显微镜拍摄熔核形貌并测量其长度，即为该焊点的熔核直径dw。
②以200A的电流步幅递增，每个电流点下焊接两个试样，直到两个试样首次最小焊点直径dwmin≥4√t，将此电流作为最小焊接电流为Imin；
③从Imin开始，以200或400A的电流步幅递增继续焊接，直到两个焊点中开始存在一个焊点飞溅，将该电流以200A的步幅递增继续焊接，直到两个焊点均飞溅，将此电流作为最小焊接电流为Imax。
优选的，所述镀锌层钢板的镀层类型包含镀纯锌、镀锌铁合金或镀锌铝镁合金。
优选的，镀锌超高强钢的基板屈服强度不低于550MPa或抗拉强度不低于780MPa。
优选的，所述步骤(3)中镀锌超高强钢电阻点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}具体值为5～12kA。
优选的，找到焊点最大裂纹所在位置的方法为：将焊点样品浸泡于剥离液中，所述样品的表层是镀层，溶解去除钢板表面的镀层，光亮发白的基体金属与发黑的裂纹得以以高衬度差呈现，然后即可快速识别出最大裂纹位置。
优选的，所述剥离液为盐酸水溶液。
优选的，去除镀层所使用的盐酸水溶液浓度为15～70％。
进一步优选的，针对不同种类镀层的焊接板组，去除镀层所使用的盐酸水溶液浓度不同。特别地，三种常见镀层及其匹配的盐酸水溶液浓度(体积分数)分别如下：锌铁合金镀层：15～20％、纯锌镀层：40～50％、锌铝镁镀层：50～70％；
优选的，上述溶解去除钢板表面镀层的过程，在超声清洗机中加速溶解去除。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)无需改变钢板的成分以及生产工艺，无需增加钢板的制造成本；
(2)适用范围广，可满足各国家、行业或企业对电阻点焊的工艺和评价方法要求；
(3)该方法适用于多种接头组合方式的板组焊接可焊电流区间评定；
基于本发明方法，不仅可保证焊点的熔核直径满足要求，还可避免焊点因点焊LME裂纹的存在而可能造成的焊点性能恶化问题，保证了焊点的服役安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的焊点熔核直径随焊接电流的变化图；
图2为本发明实施例的焊点最大裂纹深度与板厚的比值随焊接电流的变化图；
图3为本发明实施例的焊接电流为7.0kA时的焊点截面金相形貌图；
图4为本发明实施例的焊接电流为7.8kA时的焊点截面金相形貌图；
图5为本发明实施例的焊接电流为9.2kA时的焊点截面金相形貌图。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体的实施例，对本说明技术方案的具体实施方式进行进一步描述，这些实施例是为了对本技术方案的详细描述，而不是为了限制本技术方案。基于本说明中的实施例，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，都属于本说明保护的范围。
一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，包括以下步骤：
(1)参考行业或企业电阻点焊标准，根据焊点的熔核直径与飞溅情况，确定上述含镀锌超高强钢电阻板的镀锌超高强钢待焊板组的初始的焊接电流区间Imin～Imax(Imax＞Imin)；
示例性地，本发明采用的主要焊接工艺参数如焊接电极压力为2000～6000N、焊接时间为60～200ms和电极保持时间为20～100ms。采用的具体的可焊电流区间测定方法如下：
①选定一个合适的初始电流(通常，该电流值≥4.8kA)，该合适的初始电流焊接出的焊点熔核直径＜4√t(t为钢板的厚度，下同)。具体的，焊点熔核直径通过截面抛光腐蚀后测量确定。更具体的，将焊点沿中心线偏左0.5～2mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上，使用杭州晟享检测技术有限公司生产的“新型晶粒度浸蚀剂”浸蚀出熔核轮廓，使用光学显微镜拍摄熔核形貌并测量其长度，即为该焊点的熔核直径dw；
②以200A的电流步幅递增，每个电流点下焊接两个试样，直到两个试样首次最小焊点直径dwmin≥4√t，将此电流作为最小焊接电流为Imin；
③从Imin开始，以200或400A的电流步幅递增继续焊接，直到两个焊点中开始存在一个焊点飞溅，将该电流以200A的步幅递增继续焊接，直到两个焊点均飞溅，将此电流作为最小焊接电流为Imax；
(2)测定镀锌超高强钢待焊板组考虑LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax，测定方法具体为：取电流从小到大焊接出的所有焊点，将焊点沿着最大裂纹位置所在中心线偏左1mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上。将抛光好的焊点截面置于光学显微镜下观察裂纹并测量裂纹的深度。找出所有焊点内裂纹深度＜0.08t对应的电流，将其中最大的电流值作为考虑LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax；
(3)镀锌超高强钢电阻点焊的可焊电流区间为：初始的电流区间Imin～Imax与考虑LME裂纹情况而允许的电流0～ILmax区间的交集，即为含镀锌超高强钢电阻板组点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}，其中，min{ILmax，Imax}＞Imin。
优选的，含镀锌超高强钢电阻板组点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}，其范围为5～12kA。
优选的，确定焊点最严重裂纹所在位置的方法为：
将焊点样品浸泡于剥离液中，所述焊接样品的表层为镀层钢板，溶解去除钢板表面的镀层，光亮发白的基体金属与发黑的裂纹得以以高衬度差呈现。
进一步优选的，所述剥离液为盐酸水溶液；
进一步优选的，针对不同种类镀层的焊接板组，去除镀层所使用的盐酸水溶液浓度不同，三种常见镀层及其匹配的盐酸水溶液浓度(体积分数)分别如下：锌铁合金镀层：15～20％、纯锌镀层：40～50％、锌铝镁镀层：50～70％；
进一步优选的，上述溶解去除钢板表面镀层的过程，可在超声清洗机中加速溶解去除。
实施例1
一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，包括以下步骤：
(1)根据焊点的熔核直径与飞溅情况，确定含镀锌超高强钢电阻板的镀锌超高强钢待焊板组的初始的焊接电流区间Imin～Imax(Imax≥Imin)；
其中，所述镀锌超高强钢电阻板如下：由长度和宽度为125*45mm，厚度为1.6mm的QP980-GA(镀层为热镀锌铁合金的抗拉强度不低于980MPa的淬火配分钢)、厚度为1.6mm的QP980-CR(普通冷轧抗拉强度不低于980MPa的淬火配分钢)以及厚度为1.4mm的DP980-GA(镀层为热镀锌铁合金的抗拉强度不低于980MPa的双相钢)的表面无明显油污的钢板若干片，QP980-CR作为中间层，与表层QP980-GA和DP980-GA进行组板。焊接设备使用中频交流电阻点焊机。
焊接工艺：设定主要点焊工艺参数，焊接电极压力为4950N，焊接时间为80ms，电极保持时间为20ms。
本实施例采用的具体的可焊电流区间测定方法如下：
①选定一个合适的初始电流7.0kA；
②以200A的电流步幅递增，每个电流点下焊接两个试样，每个试样均测量其焊点熔核直径。具体的，焊点熔核直径通过截面抛光腐蚀后测量确定。更具体的，将焊点沿中心线偏左1mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上，使用杭州晟享检测技术有限公司生产的“新型晶粒度浸蚀剂”浸蚀出熔核轮廓，使用光学显微镜拍摄熔核形貌并测量其长度，即为该焊点的熔核直径dw；
③直到两个试样首次最小焊点直径dwmin≥4√t，将此电流作为最小焊接电流为Imin；
④从Imin开始，以200或400A的电流步幅递增继续焊接，直到两个焊点中开始存在一个焊点飞溅，将该电流以200A的步幅递增继续焊接，直到两个焊点均飞溅，将此电流作为最小焊接电流为Imax。
不同焊接电流下，测出焊点的熔核直径如图1所示。当电流值为7.2kA时，熔核直径在图中的高度低于虚线；电流值为7.4kA时，熔核直径在图中的高度高于虚线。故初步确定的可焊电流区间最小值Imin为7.4kA。本实施例要求刚达到飞溅的电流点为可焊电流区间的最大值。由图1可确定该板组初步的电流区间Imin～Imax为7.4～10.2kA。
(2)测定镀锌超高强钢待焊板组考虑LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax；具体的，取电流从小到大焊接出的所有焊点，将焊点沿着最大裂纹位置所在中心线偏左0.5～2mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上。将抛光好的焊点截面置于光学显微镜下观察裂纹并测量裂纹的深度。找出所有焊点内裂纹深度＜0.08t对应的电流，将其中最大的电流值作为考虑LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax。
测出最长LME裂纹与板厚的比值如图2所示。由图2可知，当焊接电流不高于8.4kA时，焊点最大的LME裂纹深度与板厚t的比值均低于8％，由此确定考虑点焊LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax为8.4kA。
(3)含镀锌超高强钢电阻点焊的可焊电流区间为：初始的电流区间Imin～Imax(Imax≥Imin)与考虑LME裂纹情况而允许的电流0～ILmax区间的交集，即为含镀锌超高强钢电阻板组点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}，其中，min{ILmax，Imax}≥Imin。
因此，可确定两者的交集为7.4～8.4kA。
测试结果：取三个典型电流下的焊点截面形貌，分别如图3、图4和图5所示。图3、图4、图5分别是焊接电流为7.0kA、7.8kA、9.2kA时的焊点截面金相形貌。
由图3可知，焊接电流为7.0kA，焊点的截面看不到裂纹，但测量的熔核直径为4330.21μm，不满足焊点直径不低于4√t的要求，证明了这个电流值太小，不满足熔核直径的要求，该电流值不在本专利确定的可焊电流区间内。
由图4可知，焊接电流为7.8kA，焊点的截面几乎也看不到裂纹，说明就算存在裂纹，裂纹长度也很小，可忽略；而且测量的熔核直径为5921.12μm，满足焊点直径不低于4√t的要求。以上两点证明了这个电流值合适，同时满足裂纹和熔核直径的要求，该电流值在本专利确定的可焊电流区间内。
由图5可知，焊接电流为9.2kA，焊点的截面左上角看到非常明显的裂纹，虽测量的熔核直径为7308.63μm，满足焊点直径不低于4√t的要求，但由于裂纹长度较长，焊点性能太差，所以该电流值太大了，也不能作为合适的焊接电流使用，即不在确定的可焊电流区间内。
综上，该镀锌超高强钢板组的可焊电流区间为7.4～8.4kA。在该电流区间内进行该板组的电阻点焊，不仅可保证焊点的熔核直径满足要求，还可避免焊点因点焊LME裂纹的存在而可能造成的焊点性能恶化问题，保证了焊点的服役安全性。
尽管已经示出和描述了本说明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本说明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本说明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用现有技术方法测定镀锌超高强钢的初始焊接电流区间Imin～Imax，所述Imax＞Imin；所述镀锌超高强钢为二层或多层钢板，其中至少一层钢板为镀锌层刚板；
(2)测定所述镀锌超高强钢板考虑LME裂纹情况下而允许的上限电流ILmax，具体方法为：取电流从小到大焊接出的所有焊点，将焊点沿着最大裂纹位置所在中心线偏左1mm处切开，取右侧焊点部分，对其截面抛光至基本无划痕后，抛光表面刚好位于焊点中心线上；将抛光好的焊点截面置于光学显微镜下观察裂纹并测量裂纹的深度；找出所有焊点内裂纹深度＜0.08t对应的电流，所述t为钢板厚度，将其中最大的电流值作为考虑LME裂纹情况而允许的上限电流ILmax；
(3)取步骤(1)测定电流区间Imin～Imax与步骤(2)中测定电流0～ILmax的交集，即为镀锌超高强钢电阻点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}，所述min{ILmax，Imax}＞Imin。
2.根据权利要求1所述的一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，所述镀锌层钢板的镀层类型包含镀纯锌、镀锌铁合金或镀锌铝镁合金。
3.根据权利要求1或2所述的一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，含镀锌超高强钢电阻板的基板屈服强度不低于550MPa或抗拉强度不低于780MPa。
4.根据权利要求1所述的一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，所述步骤(3)中镀锌超高强钢电阻点焊的可焊电流区间Imin～min{ILmax，Imax}具体值为5～12kA。
5.根据权利要求1所述的一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，找到焊点最大裂纹所在位置的方法为：将焊点样品浸泡于剥离液中，所述样品的表层是镀层，溶解去除钢板表面的镀层，光亮发白的基体金属与发黑的裂纹得以以高衬度差呈现，然后即可快速识别出最大裂纹位置。
6.根据权利要求5所述的一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，所述剥离液为盐酸水溶液。
7.根据权利要求6所述的一种镀锌超高强钢电阻点焊可焊电流区间的测定方法，其特征在于，针对不同种类镀层的焊接板组，去除镀层所使用的盐酸水溶液浓度为15～70％。
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