TWI511819B - 三層鋼片及其銲接方法 - Google Patents

Description

三層鋼片及其銲接方法

本發明是有關於一種銲接方法，且特別是有關於一種多層鋼片銲接方法。

隨著銲接技術之進步，汽車製造廠商常利用銲接後之多層鋼片來作為車體部件，以取代習知之單層鋼片，而可提升車體部件之特性(例如防鏽性與耐衝擊性)，並可降低汽車之製造成本。

對於多層鋼片之銲接方法，習知之技術係藉由中頻直流(Medium Frequency Direct Current；MFDC)銲接方法來銲接鋼片，並隨時變換銲接壓力來解決較薄之鋼片銲接不良的問題，以改良銲核產生過壓及過燒之情形。然而，此銲接方法無法解決銲核內部產生縮孔之缺陷。

另一習知之多層鋼片銲接方法係利用單段式銲接方法來進行銲接，並調整電極之壓力、通電時間及通電壓力。然而，當鋼片之厚度比越大時，銲接參數越不易求得，其中厚度比等於鋼片總厚度除以最外側較薄鋼片之厚度。此外，此習知之銲接方法僅能獲得一種固定厚度之多層鋼片的銲接條件，且銲接之最佳條件需花費較長之時間才可獲得，無法滿足現場之實際應用。

又一習知之銲接方法則是藉由增加銲接之入熱量，以確保銲核不易脫銲。但隨著入熱量之提升，銲接時越容易產生飛濺之狀況，且銲核易產生過壓與過燒之缺陷，導致 銲核強度降低。

再者，由於多層鋼片的厚度較大，採用此些習知之銲接方法來銲接多層鋼片容易造成銲核中心產生偏析之缺陷，導致銲核強度降低，而無法滿足車體部件之要求。

有鑑於此，亟須提供一種多層鋼片銲接方法，以改善習知之銲接方法的缺陷，從而改善銲核之缺陷，以提升銲核之品質。

因此，本發明之一態樣是在提供一種多層鋼片銲接方法，其係利用調整銲接電流之脈衝式銲接方法來銲接多層鋼片，以提升銲核之品質，並改善銲核中心產生偏析之缺陷。

本發明之另一態樣是在提供一種多層鋼片，其係利用上述之銲接方法製得，此多層鋼片之銲核具有良好之超音波檢測(Ultrasonic Test；UT)合格率與鈕釦型破裂率及較低的銲核凹陷率與飛濺發生率。

根據本發明之上述態樣，提出一種多層鋼片銲接方法。在一實施例中，此多層鋼片銲接方法先提供複數片鋼片。然後，當通過銲接系統之電極頭的電流值約為0時，使用電極頭夾持此些鋼片之銲接點，以消除鋼片之間隙，而形成多層鋼片。接著，利用夾持於銲接點之電極頭對銲接點進行連續銲接製程，以形成第二銲核，其中電極頭持續地夾持銲接點，以固定多層鋼片。

上述之連續銲接製程係先以第一銲接電流持續地通過 電極頭來進行銲接階段，持續第一銲接時間後，形成第一銲核於銲接點上。接著，當電極頭之電流值約為0時，使用電極頭夾持住銲接點，以固定多層鋼片。然後，利用電極頭對第一銲核進行至少一第二銲接階段，並持續第二銲接時間，而形成第二銲核。

上述之第二銲接階段係先對銲接點進行銲接步驟，並持續第三銲接時間。然後，當通過電極頭之電流值約為0時，使用電極頭對銲接點進行夾持步驟，以固定多層鋼片。

依據本發明一實施例，上述之每一片鋼片之厚度為0.7 mm至2.3 mm。

依據本發明另一實施例，上述之多層鋼片之最外側的較薄者係搭接板。

依據本發明又一實施例，上述之多層鋼片之厚度比大於3且小於6.75，其中厚度比等於多層鋼片之總厚度除以搭接板之厚度。

依據本發明再一實施例，上述之銲接系統係中頻直流系統。

依據本發明再一實施例，前述之銲接系統之頻率為1 kHz。

依據本發明再一實施例，上述之第一銲接時間等於鋼片之一者的界面阻抗崩潰時間，其中此者之界面阻抗崩潰時間大於此些鋼片之另一者的界面阻抗崩潰時間。

依據本發明再一實施例，上述之第一銲接時間係40 ms至60 ms。

依據本發明再一實施例，對上述之搭接板進行第一銲 接階段，經過50 ms後，形成第一銲核，其中第一銲接電流使得第一銲核之直徑為4，且該T_a 代表搭接板之厚度。

依據本發明再一實施例，上述之第一銲接電流為5.5 kA至8.0 kA。

依據本發明再一實施例，在前述之夾持階段之後，進行第二銲接階段，經過第二銲接時間後，形成第二銲核，且第二銲核之銲核凹陷率為12%至15%，其中銲核凹陷率係根據下式(I)計算，

式(I)中，T_b 代表多層鋼片於銲接點之總厚度。

依據本發明再一實施例，上述之第二銲接時間為240 ms至540 ms。

依據本發明再一實施例，上述之第三銲接時間等於第二銲接時間除以進行銲接步驟之次數。

依據本發明再一實施例，上述之鋼片的一者為鍍鋅鋼片。

依據本發明再一實施例，上述之第一銲接電流之修正值為+0.5 kA。

依據本發明再一實施例，上述之第二銲核之UT合格率大於或等於90%且小於或等於100%，銲核凹陷率大於5%且小於15%，飛濺發生率大於或等於0%且小於或等於10%，且鈕釦型破裂率大於或等於70%且小於或等於100%。

根據本發明之上述態樣，提出一種多層鋼片。在一實 施例中，此多層鋼片係藉由上述之銲接方法製得，其中第二銲核之UT合格率大於或等於90%且小於或等於100%，銲核凹陷率大於5%且小於15%，飛濺發生率大於或等於0%且小於或等於10%，且鈕釦型破裂率大於或等於70%且小於或等於100%。

應用本發明之多層鋼片銲接方法，其係藉由調整銲接電流之脈衝式銲接方法來銲接多層鋼片，以提升銲核之品質，並改善銲核中心產生偏析之缺陷。再者，利用此銲接方法製得之多層鋼片具有良好之UT合格率與鈕釦型破裂率及較低的銲核過壓率與飛濺發生率。

此外，此銲接方法可協助現場人員根據各種不同厚度之多層鋼片的搭接板厚度來設定銲接參數，且此銲接方法利用現有之銲接設備即可完成，不須額外增加輔助設備，不會增加製造成本。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明提供一種多層鋼片銲接方法，利用此銲接方法製得之多層鋼片具有良好之UT合格率與鈕釦型破裂率及較低之銲核過壓率與飛濺發生率。

此處所稱之UT合格率係指汽車製造廠商對於多層鋼片的品管標準，其中汽車之安全部件及結構部件的UT合 格率分別須達到100%及90%才可應用於生產線。

銲核過壓率係指當銲接電流增加時，銲核變薄之比例。由於銲接電流增加時，銲核面積會隨之變廣，而可增加銲核之橫向強度。然而，銲核之厚度會變薄，使得銲核之縱向強度下降。

飛濺發生率係指銲接時，熔融金屬液產生飛濺之機率。而下述之飛濺電流則係指緩慢增加銲接製程之銲接電流，直至熔融金屬液產生飛濺之電流。

鈕釦型破裂率則係先將兩試片銲接在一起，然後以人力將兩試片撕開，並藉由觀察銲核破裂之狀況來判斷銲接強度。倘若銲核產生脆性破裂，代表銲接強度很差。若銲核完整，像固定於試片上之鈕釦，則代表銲接強度很強。

請參照第1圖，其係繪示根據本發明之一實施例之多層鋼片銲接方法100之流程圖。此銲接方法100首先進行製程110，以提供複數片鋼片，其中每一片鋼片之厚度係界於0.7 mm至2.3 mm。然後，進行製程120，當通過銲接系統之兩電極頭的電流值約為0時，使用上述之兩電極頭夾持鋼片之銲接點，以消除鋼片之間隙，而形成多層鋼片。此多層鋼片的厚度比大於3且小於6.75，其中厚度比等於多層鋼片之總厚度除以搭接板的厚度，而搭接板則係指此多層鋼片之最外側的較薄者。上述之銲接系統係中頻直流(MFDC)銲接系統，且其頻率為1 kHz。接著，利用夾持於銲接點之電極頭對銲接點進行連續銲接製程130，以形成第二銲核。於連續銲接製程130中，電極頭持續地夾持銲接點，以固定多層鋼片，且連續銲接製程130係依序進行 第一銲接階段131、夾持階段133及至少一第二銲接階段135。

上述之連續銲接製程係先進行第一銲接階段131，以第一銲接電流持續地通過電極頭，並持續第一銲接時間後，形成第一銲核於銲接點上。第一銲接階段131的第一銲接時間等於鋼片的其中一者之界面阻抗崩潰時間，其中此者之界面阻抗崩潰時間大於其餘鋼片的界面阻抗崩潰時間。第一銲接階段131的第一銲接電流則可使前述之第一銲核的直徑為4，其中T_a 代表搭接板之厚度。在一實施例中，第一銲接時間可為40 ms至60 ms，且第一銲接電流係5.5 kA至8.0 kA。

然後，進行夾持階段133，當通過電極頭之電流值約為0時，使用電極頭夾持住銲接點，以固定多層鋼片。接著，進行第二銲接階段135，利用前述之電極頭來銲接第一銲核，並持續第二銲接時間後，而形成第二銲核，其中第二銲接階段135包含銲接步驟135a及夾持步驟135b。上述之第二銲接階段135之第二銲接時間可使前述之第二銲核的銲核凹陷率為12%至15%，其中銲核凹陷率係根據下式(I)計算，式(I)中，T_a 代表搭接板之厚度，且T_b 代表多層鋼片於銲接點之總厚度。在一實施例中，第二銲接時間可為240 ms至540 ms。

於第二銲接階段135中，首先，對銲接點進行銲接步驟135a，並持續第三銲接時間。然後，當通過電極頭之電 流值約為0時，使用夾持於銲接點之電極頭對銲接點進行夾持步驟135b。第三銲接時間則等於上述之第二銲接時間除以進行銲接步驟135a之次數。

請參閱第2圖，其係繪示根據本發明一實施例之三層鋼片銲接方法之銲接側視圖。首先，利用銲接臂220之電極頭220a及銲接臂230之電極頭230a夾持鋼片210a、210b及210c，以消除鋼片210a、210b及210c之間的間隙，而形成三層鋼片210。然後，利用電極頭220a與230a對銲接點240a與240b進行上述之連續銲接製程。

在一實施例中，上述之鋼片可為冷軋鋼片、鍍鋅鋼片或上述鋼片之任意組合。在本實施例中，若此些鋼片之一者為鍍鋅鋼片時，上述之第一銲接電流須進行修正，其修正值約為+0.5 kA。

在一應用例中，本發明選用厚度為0.7 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.6 mm、1.8 mm、2.0 mm或2.3 mm之鋼片來設定上述之銲接方法的銲接參數。

請參照第3圖與第4圖，其分別係顯示依照本發明之一應用例之鋼片(厚度分別為0.7 mm與2.3 mm)的動態電阻曲線圖。根據第3圖及第4圖之動態電阻曲線圖可知，厚度為0.7 mm與2.3 mm之鋼片的界面阻抗崩潰時間均為40 ms至60 ms。因此，依據動態電阻曲線試驗之結果可知，此三層鋼片之銲接方法的第一銲接時間(有效預熱時間)為40 ms至60 ms。

接著，將第一銲接時間設定為50 ms，並以不同之第一銲接電流對不同厚度之鋼片進行銲接，來形成第一銲核。 然後，對第一銲核進行銲核撕裂試驗(Peel Test)，並利用JIS Z3136之標準判斷銲核之直徑，其結果如第1表所示，其中括號內之「t」代表鋼片之厚度。依據第1表之結果可知，欲使第一銲核之直徑等於4，第一銲接電流可為5.5 kA至8.0 kA。

然後，利用電極頭對上述所形成之第一銲核夾持15 ms後，進行第二銲接階段，以(飛濺電流-0.2 kA)之第二銲接電流對第一銲核進行銲接製程，並量測不同銲接時間之銲核凹陷率，其結果如第2表所示。依據第2表之結果可知，當銲核凹陷率為12%至15%時，針對不同厚度之鋼片，第二銲接時間可為240 ms至540 ms。

在另一應用例中，本發明利用上述之多層鋼片銲接方法及銲接參數來銲接三層鋼片。其中每一片鋼片的厚度分別可為0.7 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.6 mm、1.8 mm、2.0 mm或2.3 mm。

此三層鋼片之銲接方法依據搭接板之厚度及前述之銲接參數來設定第一銲接時間、第一銲接電流及第二銲接時間。此三層鋼片銲接方法進行3次第二銲接階段。因此，將上述之第二銲接時間平均分成三等份，第三銲接時間即為80 ms至180 ms。第二銲接電流則調整為(飛濺電流-0.4 kA)，以降低第二銲接階段之飛濺發生率及銲核凹陷率。而夾持步驟之夾持時間設定為15 ms。上述之參數設定的結果如第3表所示，其中「銲槍喉寬」代表兩銲接臂間之距離，單位為mm。

然後，依據此三層鋼片的總厚度調整其銲後冷卻時 間，其結果如第4表所示。接著，根據搭接板之厚度、三層鋼片之總厚度及第3表與第4表之參數即可獲得銲接方法之銲接參數，以進行銲接。

請參照第5圖及第6圖，第5圖係顯示依照習知之三層鋼片銲接方法之銲核的金相組織圖，而第6圖係顯示依照本發明之一實施例之銲核的金相組織圖。第5圖與第6圖之三層鋼片均係選用1.6 mm、2.3 mm及1.2 mm之鋼片，其中1.6 mm及1.2 mm之鋼片分別位於2.3 mm之鋼片的兩側，且比例尺規之長度代表1 mm。根據第5圖之金相組織圖可知，習知之銲接方法容易使得銲核中心產生偏析，造成銲核之品質下降。而根據第6圖之結果可知，藉由本發明之銲接方法可有效改善銲核中心之偏析，而可提升銲核之品質。

請參照第5表，其係表列依照本發明之各實施例之三層鋼片之銲核的UT合格率、銲核凹陷率、飛濺發生率及鈕釦型破裂率。根據第5表之結果可知，依據上述多層鋼片銲接方法所製得之三層鋼片的銲核具有大於或等於90%且小於或等於100%之UT合格率，大於5%且小於15%之銲核凹陷率，大於或等於0%且小於或等於10%之飛濺發生率及大於或等於70%且小於或等於100%之鈕釦型破裂率。

請參照第7圖至第12圖，其分別係顯示依照本發明之實施例1至6之銲核的金相組織圖。由第7圖至第12圖之結果可知，藉由本發明之銲接方法所製得的多層鋼片可有效改善銲核的中心偏析之缺陷。

由本發明上述實施例可知，本發明之銲接方法藉由調 整銲接電流之脈衝式銲接方法來銲接多層鋼片，以改善習知之銲核的中心偏析之缺陷，而可提升銲核之品質。再者，利用此銲接方法製得之多層鋼片具有良好之UT合格率與鈕釦型破裂率及較低之銲核過壓率與飛濺發生率。

此外，本發明之多層鋼片銲接方法可協助現場人員根據各種不同厚度之鋼片來設定銲接參數，且此銲接方法不須增加額外之輔助設備，利用現有之設備即可達成，不會增加製造成本。

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‧‧‧方法

110‧‧‧製程

120‧‧‧製程

130‧‧‧連續銲接製程

131‧‧‧第一銲接階段

133‧‧‧夾持階段

135‧‧‧第二銲接階段

135a‧‧‧銲接步驟

135b‧‧‧夾持步驟

210‧‧‧三層鋼片

210a‧‧‧鋼片

210b‧‧‧鋼片

210c‧‧‧鋼片

220‧‧‧銲接臂

220a‧‧‧電極頭

230‧‧‧銲接臂

230a‧‧‧電極頭

240a‧‧‧銲接點

240b‧‧‧銲接點

T_a ‧‧‧厚度

T_b ‧‧‧厚度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖係繪示根據本發明一實施例之多層鋼片銲接方法之流程圖。

第2圖係繪示根據本發明一實施例之三層鋼片銲接方法之銲接示意圖。

第3圖係顯示根據本發明一實施例之鋼片(厚度為0.7 mm)的動態電阻曲線圖。

第4圖係顯示根據本發明一實施例之鋼片(厚度為2.3 mm)的動態電組曲線圖。

第5圖係顯示根據習知之三層鋼片銲接方法製得之銲核的金相組織圖。

第6圖係顯示根據本發明一實施例製得之銲核的金相組織圖。

第7圖係顯示根據本發明實施例1製得之多層鋼片之銲核的金相組織圖。

第8圖係顯示根據本發明實施例2製得之多層鋼片之銲核的金相組織圖。

第9圖係顯示根據本發明實施例3製得之多層鋼片之銲核的金相組織圖。

第10圖係顯示根據本發明實施例4製得之多層鋼片之銲核的金相組織圖。

第11圖係顯示根據本發明實施例5製得之多層鋼片之 銲核的金相組織圖。

第12圖係顯示根據本發明實施例6製得之多層鋼片之銲核的金相組織圖。

100‧‧‧方法

110‧‧‧製程

120‧‧‧製程

130‧‧‧連續銲接製程

131‧‧‧第一銲接階段

133‧‧‧夾持階段

135‧‧‧第二銲接階段

135a‧‧‧銲接步驟

135b‧‧‧夾持步驟

Claims (14)

1. 一種三層鋼片銲接方法，包含：提供三片鋼片，其中該三層鋼片之最外側之一較薄者係一搭接板；當通過一銲接系統之兩電極頭之一電流值實質為0時，使用該些電極頭夾持該些鋼片之一銲接點，以消除該些鋼片之間隙，而形成一三層鋼片；以及利用夾持於該銲接點之該些電極頭對該銲接點進行一連續銲接製程，以形成一第二銲核，其中該些電極頭持續地夾持該銲接點，以固定該三層鋼片，該連續銲接製程包含：以一第一銲接電流通過該些電極頭來進行一第一銲接階段，持續一第一銲接時間後，形成一第一銲核於該銲接點上，其中該第一銲接電流使得該第一銲核之直徑為4，且該T_a 代表該搭接板之厚度；當通過該些電極頭之該電流值實質為0時，使用該些電極頭夾持該銲接點，以固定該三層鋼片；以及利用該些電極頭對該第一銲核進行至少一第二銲接階段，並持續一第二銲接時間，而形成該第二銲核，其中該第二銲核之一銲核凹陷率為12%至15%，該銲核凹陷率係根據下式(I)計算： 式(I)中，該T_b 代表該三層鋼片於該銲接點之總厚度，且該第二銲接階段包含： 對該銲接點進行一銲接步驟，並持續一第三銲接時間；以及當通過該些電極頭之該電流值實質為0時，使用該些電極頭對該銲接點進行一夾持步驟，以固定該三層鋼片。
2. 如請求項1所述之三層鋼片銲接方法，其中每一該些鋼片之厚度係0.7mm至2.3mm。
3. 如請求項2所述之三層鋼片銲接方法，其中該三層鋼片之一厚度比大於3且小於6.75，其中該厚度比等於該三層鋼片之總厚度除以該搭接板之厚度。
4. 如請求項1所述之三層鋼片銲接方法，其中該銲接系統係中頻直流(Medium Frequency Direct Current；MFDC)銲接系統。
5. 如請求項4所述之三層鋼片銲接方法，其中該銲接系統之頻率為1kHz。
6. 如請求項2所述之三層鋼片銲接方法，其中該第一銲接時間等於該些鋼片之一者之界面阻抗崩潰時間，其中該者之界面阻抗崩潰時間大於該些鋼片之另一者之界面阻抗崩潰時間。
7. 如請求項6所述之三層鋼片銲接方法，其中該第一銲接時間係40ms至60ms。
8. 如請求項7所述之三層鋼片銲接方法，其中該第一銲接電流係5.5kA至8.0kA。
9. 如請求項7所述之三層鋼片銲接方法，其中該第二銲接時間係240ms至540ms。
10. 如請求項1所述之三層鋼片銲接方法，其中該三銲接時間等於該第二銲接時間除以進行該銲接步驟之次數。
11. 如請求項2所述之三層鋼片銲接方法，其中該些鋼片之一者係一鍍鋅鋼片。
12. 如請求項11所述之三層鋼片銲接方法，其中該第一銲接電流之修正值為+0.5kA。
13. 如請求項1所述之三層鋼片銲接方法，其中該第二銲核之超音波檢測(Ultrasonic Test；UT)合格率大於或等於90%且小於或等於100%，銲核凹陷率大於5%且小於15%，飛濺發生率大於或等於0%且小於或等於10%，且鈕 釦型破裂率大於或等於70%且小於或等於100%。
14. 一種三層鋼片，其係利用如請求項第1項至第13項中任一項所述之方法製得。