TW202344835A - 鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與鍍鋅鋼材連接件之形成方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭露鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與銲接方法。此評估方法包含對鍍鋅鋼材進行熱成形操作，以形成包含合金層與氧化層的鍍鋅鋼材構件。接著，分析鍍鋅鋼材構件，以獲得X光繞射圖譜，而可藉由合金層與氧化層間的繞射峰強度比值來評估鍍鋅鋼材構件的銲接性質。此評估方法可快速且準確地評估鍍鋅鋼材構件的銲接性質，進而可銲接形成具有良好銲接品質的鍍鋅鋼材連接件。
Description
本發明係關於鋼材性質的評估方法，特別是關於一種熱成形後鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與鍍鋅鋼材連接件之形成方法。
為了滿足日趨嚴格的二氧化碳排放法規，汽車製造業致力於車體輕量化。現今車體輕量化的發展策略係藉由減薄鋼材厚度並提升鋼材強度來達成。由於強度提高之鋼材難以成形，因此汽車製造業多採用加熱成形技術來克服。然而，鋼材於高溫條件下容易發生嚴重氧化與脫碳之缺點，進而影響成形後的鋼材強度、降低模具使用壽命及危害成形後的鋼材之銲接品質。
進行熱成形製程時，若採用熱浸鍍鋁矽鋼材，可使保護層生成於鋼材的外表面上。熱浸鍍鋁矽鍍層雖然有效地防止鍍層在高溫下嚴重氧化，但無法作為陰極防蝕保護，造成鋼材做為產品應用時，較容易被腐蝕。因此，為求鍍層在後續應用時具有陰極防蝕保護之功能，會選用鍍覆有改質的熱浸鍍鋅鍍層之鋼材。改質的熱浸鍍鋅鍍層具有較佳的抗高溫氧化能力，而可減緩熱成形製程時之鍍層氧化程度。熱成形製程時，氧化層生成於熱浸鍍鋅鋼材表面上，而氧化層的厚度對後續銲接品質的影響甚大。
目前有一種銲接品質的評估方法是直接觀測鋼材的微觀組織。此方法係藉由金相試片中之氧化層厚度，來評估鋼材的銲接性質。然而，金相試片的製備過程包含如鑲埋、研磨、拋光等多個步驟，且最終觀測的特定橫截面僅代表局部之金相情形。因此，難以快速且全面地評估鋼材之銲接性質。
有鑑於此，亟須提供一種鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與鍍鋅鋼材連接件之形成方法，以快速且準確地評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質，進而銲接形成具有良好銲接品質的鍍鋅鋼材連接件。
本發明之一態樣提供一種鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法，其中此方法可快速且準確地評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質，藉以避免鍍鋅鋼材溝件於銲接後無法繼續組裝。
本發明之另一態樣是在提供一種鍍鋅鋼材構件之銲接方法，其係藉由前述之方法評估銲接性質，再銲接合格鍍鋅鋼材構件，而可形成鍍鋅鋼材連接件。
根據本發明之另一態樣，提供一種鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法。此評估方法包含：對鍍鋅鋼材進行熱成形操作，以形成鍍鋅鋼材構件，其中鍍鋅鋼材構件包含合金層與氧化層；對鍍鋅鋼材構件進行分析操作，以獲得X光繞射圖譜；根據X光繞射圖譜，計算鍍鋅鋼材構件之合金層與氧化層之繞射峰強度比值；以及比對繞射峰強度比值與繞射峰臨界強度比值，以評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質，且其中當繞射峰強度比值大於繞射峰臨界強度比值，判定鍍鋅鋼材構件之銲接性質係合格的。
根據本發明的一些實施例，鍍鋅鋼材的鍍層包含0.1 wt%至5.0 wt%鋁。
根據本發明的一些實施例，鍍鋅鋼材的鍍層厚度是6 μm至12 μm。
根據本發明的一些實施例，合金層包含α-Fe(Zn)層。
根據本發明的一些實施例，氧化層包含ZnO層。
根據本發明的一些實施例，熱成形操作包含加熱鍍鋅鋼材構件到850℃至950℃。
根據本發明的一些實施例，熱成形操作包含熱衝壓鍍鋅鋼材構件。
根據本發明的一些實施例，熱成形操作包含以30℃/s至50℃/s的冷卻速率冷卻鍍鋅鋼材至室溫。
根據本發明之另一態樣，提供一種鍍鋅鋼材連接件之形成方法，包含：藉由如前述之評估方法，評估複數個鍍鋅鋼材構件之銲接性質，以獲得至少二個合格鍍鋅鋼材構件；以及對至少二個合格鍍鋅鋼材構件之二者進行電阻點銲操作，以獲得鍍鋅鋼材連接件。
根據本發明的一些實施例，電阻點銲操作係利用4 kA至7 kA的銲接電流及利用6.8 kN至7.2 kN的電極頭壓力來進行。
應用本發明的鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與鍍鋅鋼材連接件之形成方法，其係藉由對鍍鋅鋼材構件進行X光繞射分析，而可藉由合金層與氧化層之繞射峰強度比值來快速地評估並確認鍍鋅鋼材構件之銲接性質，其中當繞射峰強度比值大於繞射峰臨界強度比值，鍍鋅鋼材構件之銲接性質係合格的。因此，此評估方法可有益於準確地評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質，以進一步銲接形成具有良好銲接品質之鍍鋅鋼材連接件。其次，由於本發明之評估方法僅須藉由X光繞射分析來進行，故相較於金相組織分析所需之繁複製備試片流程，本發明之評估方法較為簡便，且可快速且準確地評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質，以確保銲接後的鍍鋅鋼材構件得以順利組裝。
為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。
請參照圖1，其中圖1係繪示根據本揭露的一些實施例的鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法100之流程示意圖。如操作110所示，對鍍鋅鋼材進行熱成形操作，以形成鍍鋅鋼材構件。例如，熱成形操作包含先在加熱爐中熱處理鍍鋅鋼材。在一些實施例中，於850℃至950℃的熱處理溫度下持溫3分鐘至6分鐘，並且不特別控制爐內的氣氛(如利用一般大氣條件)。於前述熱處理溫度區間與持溫時間內，可以使鍍鋅鋼材適當地沃斯田鐵化(austenitizing)，並且控制生產成本。在其他實施例中，加熱爐內的氣氛可以包含如氮氣的惰性保護氣體、還原性氣體、其他適合的氣體或上述氣體的組合，以減緩或消除熱處理時的氧化程度。
熱處理鍍鋅鋼材後，熱成形操作更包含將鍍鋅鋼材從加熱爐快速地轉移至模具中。在一些實施例中，轉移的時間大於0秒且小於或等於10秒，以控制鋼材表面的氧化程度，並確保熱處理的鍍鋅鋼材之可塑性。轉移至模具後，熱成形操作更包含對鍍鋅鋼材加工成形。在一些實施例中，加工成形的方法包含對鍍鋅鋼材進行熱衝壓。
加工成形後，熱成形操作更包含對模具中的鍍鋅鋼材進行冷卻，以形成鍍鋅鋼材構件。在一些實施例中，以30℃/s至50℃/s的冷卻速率，冷卻鍍鋅鋼材至室溫。於前述冷卻速率的條件內，可以形成如麻田散體(martensite)的組織結構，以獲得高強度的鍍鋅鋼材構件。在一些實施例中，熱成形操作的升溫與降溫之時間總合為2分鐘至10分鐘，以確保適合的生產效率。
熱成形操作前，鍍鋅鋼材的表面具有鍍層。在一些實施例中，鍍層包含鋅、鋁、其他適當的金屬元素、其他適當的非金屬元素與上述元素的組合。在一些實施例中，鍍層可包含0.1 wt%至5.0 wt%鋁，以在鍍層中形成鐵鋁相，而可控制鍍層厚度，進而有利於後續加工成形。在一些實施例中，鍍層厚度可為6 μm至12 μm。具有此厚度範圍的鍍層可作為陰極防蝕保護層，且此鍍層厚度範圍有利於鍍鋅鋼材之加工成形。熱成形操作時，高溫環境會促使鍍鋅鋼材之鍍層發生合金化反應與氧化反應，而於熱成形操作後，使所得之鍍鋅鋼材構件的外表面包含合金層與氧化層。在一些實施例中，合金層包含α-Fe(Zn)層。在一些實施例中，氧化層包含ZnO層。
請同時參照圖1與圖2，如操作120所示，對鍍鋅鋼材構件進行分析操作，以獲得X光繞射圖譜。在一些實施例中，X光光源包含以波長0.7093 Å的鉬靶作為光源，X光2θ角度掃描範圍是10度至50度，掃描間距是0.02度至0.05度，且每點掃描時間是0.5秒至1.5秒。
然後，如操作130所示，根據前述之X光繞射圖譜，計算鍍鋅鋼材構件中合金層與氧化層的繞射峰強度比值。在一些具體例中，合金層包含α-Fe(Zn)層時，α-Fe(Zn)層之(110)結晶平面約在19.96度的2θ角度具有繞射峰，且其繞射峰強度為I
α-Fe(Zn)。在一些具體例中，氧化層包含ZnO層時，ZnO層之(101)結晶平面約在16.34度的2θ角度具有繞射峰，且其繞射峰強度為I
ZnO。據此，根據X光繞射圖譜，可快速地獲得合金層與氧化層的繞射峰強度比值I(即I
α-Fe(Zn)/I
ZnO)。
如操作140與操作150所示，比對繞射峰強度比值與繞射峰臨界強度比值，以判斷繞射峰強度比值是否大於繞射峰臨界強度比值，藉以評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質。繞射峰臨界強度比值係可藉由對多個鍍鋅鋼材構件進行銲接測試來獲得。其中，此些鍍鋅鋼材構件可先進行分析操作，以獲得個別鍍鋅鋼材構件之X光繞射圖譜，並計算其合金層與氧化層的繞射峰強度比值。然後，對此些鍍鋅鋼材構件進行銲接測試，以藉由判斷標準來評斷其銲接性質。接著，於具有合格銲接性質之多個鍍鋅鋼材構件中，比較此些構件之合金層與氧化層的繞射峰強度比值，其最小值即為前述之繞射峰臨界強度比值。於進行操作150時，當鍍鋅鋼材構件的繞射峰強度比值大於前述之繞射峰臨界強度比值時，即可認定此鍍鋅鋼材構件具有合格的銲接性質，如操作160a所示；當鍍鋅鋼材構件的繞射峰強度比值不大於前述之繞射峰臨界強度比值時，即可認定此鍍鋅鋼材構件不具有合格的銲接性質，如操作160b所示。在一些實施例中，前述銲接性質之判斷標準可包含但不限於電阻點銲鍍鋅鋼材構件時，銲接之飛爆程度、銲核表面之毛刺程度、銲核表面之電極頭沾黏程度，及/或其他適當之判斷標準。舉例而言，在此些實施例中，飛爆程度可於銲接測試時，目視觀察火花飛濺的程度；銲核表面之毛刺程度可於銲接測試後，目視判斷銲核表面的平整度；銲核表面之電極頭沾黏程度可於銲接測試後，目視判斷銲核表面是否沾黏到組成電極頭的材料(如銅)。當鍍鋅鋼材構件之飛爆程度、銲核表面毛刺程度與銲核表面電極頭沾黏程度均為輕微程度時，可以認定此鍍鋅鋼材構件的銲接性質係合格的。
請參照圖3，其係繪示根據本揭露的一些實施例的鍍鋅鋼材連接件的形成方法300之流程示意圖。如操作310所示，藉由前述之評估方法100，評估複數個鍍鋅鋼材構件之銲接性質，以獲得至少二個具有合格的銲接性質之鍍鋅鋼材構件。如操作320所示，對至少二個具有合格的銲接性質之鍍鋅鋼材構件之二者進行電阻點銲操作，以獲得鍍鋅鋼材連接件。由於已藉由前述之評估方法100來判斷鍍鋅鋼材構件之銲接性質，故可確定電阻點銲操作所得之鍍鋅鋼材構件具有良好之銲接品質。在一些實施例中，電阻點銲之操作係利用4 kA至7 kA的銲接電流及6.8 kN至7.2 kN的電極頭壓力，並於大於0秒且小於2秒的時間下進行銲接。
以下利用應用例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。
應用例1
應用例1係先分別對兩個具有鍍鋅層之鍍鋅鋼板進行熱處理。其中，此些鍍鋅鋼板之鍍鋅層均具有相同之鋁含量(0.14 wt%)與相同之厚度(10.7 μm)，而熱處理係以950℃之溫度進行4分鐘。於進行熱處理後，於小於10秒之時間內轉移熱處理後的鍍鋅鋼板至模具中，以對鍍鋅鋼板進行熱衝壓成形。進行熱衝壓成形後，以30℃/s至50℃/s的冷卻速率，冷卻模具內的鍍鋅鋼板至室溫，以獲得兩個鍍鋅鋼材構件。
然後，對此些鍍鋅鋼材構件進行分析操作，以分別獲得其X光繞射圖譜，而可進一步得知鍍鋅鋼材構件中合金層(α-Fe(Zn)層之(110)結晶平面)與氧化層(ZnO層之(101)結晶平面)的繞射峰強度比值均為1.2。
接著，對鍍鋅鋼材構件進行銲接，以評估應用例1之鍍鋅鋼材構件的銲接性質。銲接係利用4 kA至7 kA的銲接電流與6.8 kN至7.2 kN的電極頭壓力，在大於0秒且小於2秒的時間下，對兩鍍鋅鋼材構件進行電阻點銲，以獲得鍍鋅鋼材連接件。鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評價係以銲接期間的飛爆程度、銲核表面之毛刺程度與銲核表面之電極頭沾黏程度來進行，並以下述之標準來評估：程度輕微者係標示為「◎」；程度中等者係標示為「△」；程度嚴重者標示為「╳」。當銲接性質的各評估標準均標示為程度輕微「◎」時，則可評價此鍍鋅鋼材構件之銲接性質係合格的。
依據應用例1之銲接結果，其飛爆程度為「△」，銲核表面毛刺程度為「△」，而電極頭沾黏程度為「╳」，故應用例1之銲接性質為不合格。
應用例2至應用例12
應用例2至應用例12係使用與應用例1之鍍鋅鋼材構件相同之製備方法與銲接方法，不同之處在於應用例2至應用例12係改變鍍鋅層之鋁含量與厚度，以及熱處理溫度和時間，其參數條件、銲接性質之評估結果，以及合金層與氧化層的繞射峰強度比值如表1所示，在此不另贅述。
比較應用例1
比較應用例1係使用與應用例1之鍍鋅鋼材構件相同之製備方法，不同之處在於比較應用例1係改變鍍鋅層之鋁含量與厚度、熱處理溫度和時間，其參數條件如表1所示，在此不另贅述。
然後，製備比較應用例1所得之鍍鋅鋼材構件的金相試片，以觀測金相試片的橫截面，而可進一步得知鍍鋅鋼材構件中氧化層(ZnO層)的厚度為6.3 μm。製備金相試片之方法為習知技術，在此不另贅述。
接著，比較應用例1係使用與應用例1之鍍鋅鋼材構件相同之銲接方法與評估標準來評價其銲接性質，而銲接性質之評估結果如表1所示，在此不另贅述。
比較應用例2至比較應用例10
比較應用例2至比較應用例10係使用與比較應用例1之鍍鋅鋼材構件相同之製備方法、分析操作與銲接方法，不同之處在於比較應用例2至比較應用例10係改變鍍鋅層之鋁含量與厚度，以及熱處理溫度和時間，其參數條件、銲接性質之評估結果，以及氧化層的厚度如表1所示，在此不另贅述。
如前所述，當銲接性質的各評估標準均為程度輕微時，鍍鋅鋼材構件之銲接性質係合格的。根據表一可知，具有合格的銲接性質之鍍鋅鋼材構件包含應用例7至應用例9及應用例11。藉由比對此些合格者之繞射峰強度比值I，可定義出繞射峰臨界強度比值I
min為7.1。當對其他的鍍鋅鋼材構件進行X光繞射分析時，若此鍍鋅鋼材構件的繞射峰強度比值I大於7.1時，即可快速且準確地判斷此鍍鋅鋼材構件之銲接性質係合格的，而不須耗時地藉由金相試片之氧化鋅層厚度來判斷其銲接性質。其中，其他的鍍鋅鋼材構件係採用與應用例1相同之製備方法來製作。
另一方面，比較應用例1至比較應用例10係藉由破壞性的分析，以獲得ZnO層的厚度。具有合格的銲接性質之鍍鋅鋼材構件包含比較應用例7至比較應用例9，如表一所示。透過比對此些合格者之ZnO層厚度t
ZnO，可定義出ZnO層臨界厚度t
max為0.9 μm。當對其他的鍍鋅鋼材構件進行金相觀測時，若此鍍鋅鋼材構件的ZnO層厚度t
ZnO小於0.9 μm時，即可認定此鍍鋅鋼材構件之銲接性質係合格的。然而，由於金相試片的製備程序繁雜，且橫截面的觀測結果僅能代表局部結果，若須更完整之結果，則需耗費更多時間製備更多金相試片來觀測。因此，選擇以金相試片分析銲接性質無法達到快速評估銲接性質之目的。
據此，藉由前述之評估方法，可快速地評估鍍鋅鋼材構件之銲接性質。選擇具有銲接性質合格的鍍鋅鋼材構件，再對此鍍鋅鋼材構件進行電阻點銲。點銲鍍鋅鋼材構件之一部分至鍍鋅鋼材之另一部分，以獲得銲接品質合格的鍍鋅鋼材連接件，因此得以確保銲接後的鍍鋅鋼材得以順利組裝。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100,300:方法
110,120,130,140,150,160a,160b,310,320:操作
為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。
圖1係繪示根據本發明之一些實施例的鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法之流程示意圖。
圖2係根據本發明之一實施例的鍍鋅鋼材構件之X光繞射圖譜。
圖3係繪示根據本發明之一些實施例的鍍鋅鋼材構件的銲接方法之流程示意圖。
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無
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無
100:方法
110,120,130,140,150,160a,160b:操作
Claims (10)
- 一種鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法，包含： 對一鍍鋅鋼材進行一熱成形操作，以形成該鍍鋅鋼材構件，其中該鍍鋅鋼材構件包含一合金層與一氧化層； 對該鍍鋅鋼材構件進行一分析操作，以獲得一X光繞射圖譜； 根據該X光繞射圖譜，計算該鍍鋅鋼材構件中該合金層與該氧化層之一繞射峰強度比值；以及 比對該繞射峰強度比值與一繞射峰臨界強度比值，以評估該鍍鋅鋼材構件之該銲接性質，且 其中當該繞射峰強度比值大於該繞射峰臨界強度比值，判定該鍍鋅鋼材構件之該銲接性質係合格的。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該鍍鋅鋼材的一鍍層包含0.1 wt%至5.0 wt%鋁。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該鍍鋅鋼材的一鍍層厚度是6 μm至12 μm。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該合金層包含α-Fe(Zn)層。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該氧化層包含ZnO層。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該熱成形操作包含加熱該鍍鋅鋼材到850℃至950℃。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該熱成形操作包含熱衝壓該鍍鋅鋼材。
- 如請求項1所述之評估方法，其中該熱成形操作包含以30℃/s至50℃/s的一冷卻速率冷卻該鍍鋅鋼材至室溫。
- 一種鍍鋅鋼材連接件之形成方法，包含： 藉由如請求項1至8之任一項所述之評估方法，評估複數個鍍鋅鋼材構件之銲接性質，以獲得至少二個合格鍍鋅鋼材構件；以及 對該至少二個合格鍍鋅鋼材構件之二者進行一電阻點銲操作，以獲得該鍍鋅鋼材連接件。
- 如請求項1所述之形成方法，其中該電阻點銲操作係利用4 kA至7 kA的一銲接電流及6.8 kN至7.2 kN的一電極頭壓力來進行。
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| TW111116913A TWI810923B (zh) | 2022-05-05 | 2022-05-05 | 鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與鍍鋅鋼材連接件之形成方法 |
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| TW111116913A TWI810923B (zh) | 2022-05-05 | 2022-05-05 | 鍍鋅鋼材構件之銲接性質的評估方法與鍍鋅鋼材連接件之形成方法 |
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2022
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