（材料加工工程专业论文）车身电阻点焊试验研究.pdf

m a s t e r sd e g r e ed i s s e r t a t i o n s t u d y o i lr e s i s t a n c es p o tw e l d i n g o fv e h i c l e b y f vy a n g f a n s u p e r v i s e d 坶p r 西w a n gk e h o n g n a n ji n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y m a r c h ，2 0 1 3 声明尸i 瑁 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学 位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布 过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的 材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 研究生签名： 飞 孔彬i i 山碡弓“ 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上 网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权 其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文， 按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 1 j 1 形和依 妇，多年岁月名 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 摘要 本文针对车身电阻点焊这一课题展开研究。首先探讨了分流焊点的布置及其作用、 熔核尺寸合格标准等。在此基础上以b 4 1 0 l a 钢为例展开了高强钢电阻点焊试验研究， 通过比对试验得出针对1 4 m m 厚b 4 1 0 l a 钢板的焊接工艺参数。 研究了回火通电对电阻点焊组织及性能的影响，并分别确定了一次回火工艺参数及 两次回火工艺参数。最后，试验表明未添加回火、添加一次回火、添加两次回火工艺条 件下焊点的最大拉剪力仍处于同一水平。 以特定板材组合为例进行了镀锌钢三层板电阻点焊试验研究。试验确定了一次通电 参数，获得了熔核尺寸与二次通电电流的关系曲线，并在此基础上确定了二次通电参数。 对镀锌钢电阻点焊锌夹杂情况进行了试验研究，比对了一次通电工艺及两次通电工 艺情况下焊点的锌夹杂情况，并得出了关于锌夹杂的三个结论。 进行了镀锌钢电阻点焊过程电极变化与打磨频率试验研究，获得了电极端面尺寸、 熔核尺寸与焊接点数的变化关系曲线。确定了特定板材组合在特定焊接参数条件下的电 极打磨频率等。 探讨了电阻点焊工艺试验过程中出现的典型缺陷，并在工艺实践基础上提出了具体 的解决方案。 创建了基于汽车生产实际的工艺规范与专家系统。设计了特定材料组合焊接性能试 验与工艺参数制定方案及连续施焊条件下电流步增与电极打磨规范方案。最后，初步探 讨设计了点焊专家系统，并论证了其存在的不足及改进方向。 关键词：电阻点焊，高强钢，镀锌钢，回火，电极打磨，点焊缺陷，专家系统 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h es u b j e c to fv e h i c l er e s i s t a n c e s p o tw e l d i n gi ss t u d i e d a tt h ev e r y b e g i n n i n g ，t h es h u n ts o l d e rj o i n ta r r a n g e m e n ta n dn u g g e ts i z ee l i g i b i l i t yc r i t e r i aa r ed i s c u s s e d b a s e do nt h eb 410 l a e x p a n s i o ne x p e r i m e n to ft h er e s i s t a n c es p o tw e l d i n go fh i 曲s t r e n g t h s t e e l ，t h ew e l d i n gp a r a m e t e r sh a v e b e e nw e l la d j u s t e df o r1 4 m mb 410 l a p l a t ew e l d i n g t h ei n f l u e n c e so f t e m p e r i n ge l e c t r i f i c a t i o no nt h ej o i n t s m i c r o s t r u c t u r e sa n dm e c h a n i c a l p e r f o r m a n c eh a v eb e e nr e s e a r c h e da n dt h ew e l d i n gp a r a m e t e r so ft h ef i r s ta n dt h es e c o n d t e m p e r i n ge l e c t r i f i c a t i o nh a v eb e e na t t a i n e d m o r e o v e r , i ts h o w sf r o mt h ee x p e r i m e n t st h a tt h e m a x i m u ma l l o w a b l et e n s i l es h e a r s t r e s sf o rt h es a m p l eo ft h ej o i n tw i t h o u tt e m p e r i n gi sa tt h e s a m eo r d e ro ft h es a m p l e so fw i t hf i r s ta n dt w i c et e m p e r i n g s e x p e r i m e n t a ls t u d yo nr e s i s t a n c es p o tw e l d i n gf o rt h r e ep i e c e so fh i g hs t r e n g t hs t e e l s h e e t sa r em a d eb yu s i n gs p e c i f i cs h e e t sw i t hz nc o a t i n g t h ef i r s te l e c t r i f i c a t i o np a r a m e t e r s ， t h ec u r v eo fn u g g e ts i z ev s 。c u r r e n to fs e c o n de l e c t r i f i c a t i o no ft h ew e l d i n gp r o c e s sa r eg o t b y t h ee x p e r i m e n t s f u r t h e r , t h es e c o n de l e c t r i f i c a t i o np a r a m e t e r sc o u l da l s ob ed e d u c e d t h et o p i co fz i n ci n c l u s i o n si nt h ez i n c - c o a t e ds t e e ls h e e t sr e s i s t a n c es p o tw e l d i n gi s r e s e a r c h e d t h r e em a i nc o n c l u s i o n sh a v eb e e no b t a i n e db yc o m p a r i n gt h ew e l d i n gp r o c e d u r e w i t ho n ee l e c t r i cc u r r e n ta n dw i t ht w i c e e l e c t r i cc u r r e n t s a c c o r d i n gt ot h ec h a n g e so ft h ee l e c t r o d ea n dt h ee l e c t r o d eg r i n d i n gf r e q u e n c yi nt h e z i n c 。c o a t e ds t e e ls h e e t sr e s i s t a n c es p o tw e l d i n g ，i th a so b t a i n e dt h er e l a t i o nc u r v ea m o n gt h e e l e c t r o d es u r f a c es i z e ，n u g g e ts i z ea n dt h en u m b e ro fw e l d i n gp o i n t sa n dh a sd e t e r m i n e dt h e g r i n d i n gf r e q u e n c yi ng i v e dp a r a m e t e r s b a s e do nt h et y p i c a ld e f e c t si nr e s i s t a n c es p o tw e l d i n gp r o c e s sw h i c ha r es p e c i f i c a l l y d i s c u s s e di nt h i sp a p e r , t h es o l u t i o n sf o ro v e r c o m eo rm i n i m i z a t i o no ft h e s ed e f e c t sa r ep r o p o 。 s e di nt h i sp a p e r t h i sp a p e rb u i l d su pa p r o c e s ss p e c i f i c a t i o na n da ne x p e r ts y s t e mb a s e do nd a i l ya u t o m o b i l ep r o d u c t i o n i td e s i g n st h ew e l d i n gp e r f o r m a n c et e s ts p e c i f i c a t i o n ，w e l d i n gp a r a m e t e r sd e t e r m i n a t i o ns p e c i f i c a t i o n ，c u r r e n ts t e pi n c r e a s i n ga n de l e c t r o d e g r i n d i n gs p e c i f i c a t i o nu n d e r c o n t i n u o u sw e l d i n g p r o c e s s e s a tt h ee n do ft h i sp a p e r , i tp r e l i m i n a r i l yd e s i g n sas p o tw e l d i n g e x p e r ts y s t e mw i t hd e t a i l e dd i s c u s s i o nf o rb o t hi t sd i s a d v a n t a g e sa n di m p r o v e m e n td i r e c t i o n s k e yw o r d s ：r e s i s t a n c es p o tw e l d i n g ，h i g hs t r e n g t hs t e e l ，g a l v a n i z e ds t e e l ，t e m p e r i n g e l e c t r i f y , e l e c t r o d eg r i n d i n g ，s p o tw e l d i n gd e f e c t s ，e x p e r ts y s t e m i l 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 目录 摘j 要i a b s t r a c t i i 1 绪论。1 1 1 选题意义1 1 2 汽车常用高强钢简介2 1 3 镀锌锌铁合金镀层钢简介3 1 4 电阻点焊简介4 1 5 高强钢电阻点焊研究现状5 1 6 镀锌钢电阻点焊研究现状6 1 7 多层板电阻点焊研究现状7 1 8 电阻点焊过程电极及焊点质量变化情况研究现状8 1 9 本课题研究内容：1 0 2 汽车高强钢电阻点焊试验研究1 1 2 1 试验材料与设备1 1 2 2 试验焊点分布1 2 2 3 分流焊点的作用1 2 2 4 熔核尺寸标准与测量1 3 2 5b 4 l o l a 电阻点焊试验1 4 2 5 1 初始焊接参数的确定1 4 2 5 2 焊接工艺试验1 6 2 5 3 宏观形貌与微观组织分析18 2 5 4 力学性能试验2 l 2 5 5 工艺试验结论2 3 2 6 回火通电对电阻点焊焊点性能及组织的影响2 3 2 6 1 一次回火工艺2 4 2 6 2 两次回火工艺2 7 2 6 3 力学性能试验2 9 2 6 4 回火工艺试验结论3 0 2 7 本章小结3 0 3 汽车镀锌钢三层板电阻点焊试验研究3 1 3 1 试验材料3 1 目录 硕士论文 3 2 焊接性分析31 3 3 焊接工艺试验3 2 3 3 1 试验方案设计3 2 3 3 2 一次通电参数的确定3 3 3 3 3 二次通电参数的确定3 3 3 3 4 宏观形貌与微观组织分析3 6 3 3 5 工艺试验结论3 8 3 4 镀锌钢电阻点焊焊点锌夹杂情况试验研究3 8 3 4 1 比对组参数的确定3 8 3 4 2 锌夹杂情况试验3 9 3 4 3 锌夹杂情况试验结论4 3 3 5 本章小结4 4 4 镀锌钢电阻点焊过程电极变化与打磨频率试验研究4 5 4 1 镀锌钢电阻点焊过程的电极磨损4 5 4 2 试验情况4 5 4 2 1 试验材料4 5 4 2 2 试验方案设计4 5 4 2 3 试验结果4 6 4 2 4 试验结果分析4 7 4 3 电极打磨频率的确定5 0 4 4 本章小结5 1 5 电阻点焊焊接缺陷及其解决方法研究5 2 5 1 白点及显微气孔5 2 5 1 1 白点5 2 5 1 2 显微气孔。5 7 5 2 飞溅6 0 5 3 表面缺陷6 1 5 3 1 表面烧伤与压痕过深6 1 5 3 2 表面裂纹6 3 5 4 本章小结6 6 6 基于汽车生产实际的工艺规范与专家系统创建6 7 6 1 基于汽车生产实际的工艺规范创建6 7 6 1 1 特定材料组合焊接性能试验与工艺参数制定6 7 6 1 2 连续施焊条件下电流步增与电极打磨规范制定7 0 i v 硕士论文车身电阻点焊试验研究 6 1 3 焊接工艺试验报告的创建一71 6 2 点焊专家系统7 1 6 2 1 专家系统设计7 1 6 2 2 专家系统存在的不足及改进方向7 5 6 3 本章小结7 5 7 总结7 6 致谢。7 8 参考文献7 9 v 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 1 绪论 1 1 选题意义 随着国民经济的快速发展，国民收入与生活水平的大幅提高，汽车需求量逐年攀升。 同时，社会也对汽车质量有了更高的要求。而白车身焊接质量是车身质量控制的关键项， 其中电阻点焊因其成本低、易于控制、适于自动焊接等特点，成为在车身焊接中运用最 广泛的焊接方法。因此，保障电阻点焊质量是确保汽车整体质量极为重要的一环。 在以往的汽车车身结构中，使用最多的就是普通强度的冷轧钢板。但低强度的冷轧 钢板在强调安全、节能、环保的今天越来越显示出局限性。有资料表明：当汽车车重从 2 5 0 0 k g 降低到7 5 0 k g 时，每升汽油行使的公里数从约5k m 上升到约2 5 k m ，对应排出的 二氧化碳从约4 0 0g k m 下降到约1 0 0g k m 。汽车车重每减轻1 ，耗油量可降低 0 6 - 1 o 。同时，在冲撞安全性标准逐年提高的形势下，提高车身强度也是必然的发 展趋势。因此，实现车身的轻量化、高强度化是使汽车的安全性和环保节能性得到较好 统一的必然趋势。尽管已经有部分较高强度轻金属在汽车上应用的先例，但在现阶段高 强钢依然在成本、强度、焊接性等方面具有不可替代的综合优势，因此逐步提高高强钢 的使用量也成了各大汽车制造商的必然选择。而在这一现实条件下，加大对高强钢电阻 点焊工艺的研究也就有了重要的现实意义瞳 1 。 此外，在车身结构方面，为提高车身的喷漆质量，提升钢材的耐腐蚀性能，延长钢 材使用寿命，用镀锌及镀锌铁钢板代替普通冷轧钢板也是一种趋势。例如在长安福特马 自达( 南京公司) 所有的焊接组合中，涉及到镀锌( 镀锌铁) 钢板的焊接占到总焊接量 的7 5 以上。但镀锌( 镀锌铁) 钢板在焊接性上与一般钢板有着较大的差异，其焊接工 艺窗口相对较窄，内部容易出现裂纹、夹杂、气孔等缺陷，容易产生较大的焊接飞溅等， 这都迫切需要针对镀锌( 镀锌铁) 钢板进行全面的工艺研究。 此外，以往的电阻点焊工艺文献主要涉及两层板的焊接，但实际车身焊接情况下， 三层板甚至多层板的焊接极为常见。其中三层板的焊接有着与两层板不同的特性，其可 以近似的看做两个两层板在一个参数条件下的焊接，形成“两个熔核”。而受多种因素 影响，“两熔核 的生成是不可避免的存在差异的，较难完全控制，容易产生飞溅、虚 焊、两熔核尺寸差距过大等缺陷。为此，进行三层板的电阻点焊工艺试验也就有了相应 的意义。 电阻点焊过程中，电极的打磨也是一个必须要考虑的问题。特别是在自动化焊接生 产线作业条件下，电极端面情况以及焊点实时质量情况均不可见。而实际生产过程中， 电极打磨频率过献0 耗费电极，且影响生产效率，反之则可能因电极变化而对焊点质量 1 绪论 硕士论文 造成影响。为此，专门研究电阻点焊过程电极变化规律及其对焊点质量的影响也就有了 必要性，通过对其的研究也可为电极打磨频率的设定提供理论指导。 对于现代化的汽车工厂，建立完善的涉及所有板材的工艺数据库是十分必要的。日 本马自达公司在其j 6 4 车型投产初期，就成立了专门的焊接技术小组进行过实验室条件 下的不同类型、厚度组合的点焊试验，以此来确定相应的板材组合工艺规范范围、电极 的打磨频率、电流步增大小等。在工厂投产和量产后，前期试验工作大幅地解决了生产 中因焊接质量问题而带来的成本与损失，极大地提高了生产效率。同时，在后续车型的 生产中也可以从工艺数据库中检索出适合的焊接参数，持续地为企业提供便利。而在长 安福特马自达( 南京公司) 生产j 6 4 、b 2 9 9 车型过程中，因缺乏相应的试验数据支持， 生产部门无法得到合适的工艺参数及解决焊接飞溅的对策。为此，通过校企合作，建立 涉及长安福特马自达( 南京公司) 所有板材组合的点焊工艺试验数据库就显得尤为重要。 本课题即立足于汽车厂的实际需求，在工艺试验研究的基础上，建立工艺数据库，制定 工艺试验过程的相关规范，进而建立车身点焊焊接工艺专家系统。 ： 1 2 汽车常用高强钢简介 根据强化原理等的不同，高强钢分为了许多种类。国际上对高强钢的研究中也有对 其强度范围的不同定义。有资料将抗拉强度在2 7 0 - 7 0 0 m p a 范围内的钢称为高强钢，把 抗拉强度在7 0 0 m p a 以上的钢称为超高强钢。按照这一划分标准，在汽车工业中常用的高 强钢主要有八大种类哺。1 引： ( 1 ) 加磷高强钢：这类钢在汽车覆盖件和结构件制作中时有用到。其强化原理是 在一般低碳钢或超低碳钢基础上，主要通过添加低于0 1 2 的磷等固溶强化元素来提高 钢强度。其拥有的良好冷成型性能与较高强度的统一是这钢种的优点，此外加磷高强度 钢具备的良好的耐冲击和抗疲劳性能也是其在汽车制造中大量应用的主要原因。 ( 2 ) 各向同性高强钢：汽车成型冲压过程中，在形状复杂、过渡尖锐部分，容易 出现褶皱、开裂现象。各向同性高强钢严格控制钢中微合金元素的成分配比，保证轧制 与退火工艺过程，对板材的塑性应变比( r 值) 进行了严格限定，从而使深冲压件变形 时各个方向的变形趋于一致，因此具有良好的拉伸成形性能。此钢种在汽车外覆盖件特 别是上部壳体中广泛使用。 ( 3 ) 无间隙原子高强钢：无间隙原子高强钢中一般通过添加入一定量的钛、铌使 钢中的碳、氮原子被固定成为碳化物和氮化物，从而使钢中没有间隙原子的存在。此钢 种通过控制钢中的化学成分来改善钢的塑性应变比( r 值) 和应变硬化指数( r 1 值) 。 由于钢中元素的固溶强化和无间隙原子的微观结构，这种钢在保持较高强度的同时，也 具有良好的冷成型性能，也是深冲压复杂部件制造中的常用钢材。 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 ( 4 ) 马氏体高强钢：马氏体高强钢一般以淬火、回火状态供货，其显微组织以马 氏体及回火马氏体为主，其高强度来自于马氏体组织。回火处理的目的在于改善其塑性， 使其兼具高强度与足够的塑性。 ( 5 ) 烘烤硬化高强钢：烘烤硬化高强钢在加工成形后，进行一道烘烤工序，通过 在一定温度下的烘烤，就能通过时效作用使钢材强化。此外，此钢种中还保留有一定量 的固溶碳、氮原子。通过添加磷、锰等强化元素也起到了提高强度的目的。烘烤硬化高 强钢通常应用于汽车外覆盖件，其特点是冲压前较软，易于成形加工，而成形后通过烘 烤使碳原子在位错线上析出聚集，形成柯氏气团，使屈服强度增加。 ( 6 ) 双相高强度钢：该钢种的综合性能优异，其显微组织由铁素体和马氏体构成， 马氏体组织作为第二相以孤岛状弥散分布在铁素体基体上。马氏体含量一般在1 0 一3 0 之间，在此范围内，增加马氏体含量强度会升高，塑性有所下降。这种钢兼具马氏体的 强度与铁素体的塑性，同时有较好的弥散强化效果。其无时效，屈强比较低，加工硬化 能力较强，在结构类零件经常使用。 ( 7 ) 相变诱导塑性高强钢：相变诱导塑性高强钢利用了相变诱发效应，钢中稳定 存在的残余奥氏体在变形过程中向马氏体转变时可以发生相变强化，同时使塑性也得到 提高。使用状态下，该钢的显微组织为贝氏体加铁素体以及残余奥氏体，其中，残余奥 氏体的含量不少于5 。其拥有较高的加工硬化率，较高的均匀伸长率和较高的抗拉强 度，在同等抗拉强度水平下较双相钢具有更高的延伸率，特别适用于门框、边柱等部件 的制造。 ( 8 ) 低合金高强度钢：这类钢是应用最广泛的高强钢钢种。其在一般低碳钢的基 础上，添加单一或复合微合金元素，如铌、钛、钒等，形成碳氮化合物粒子析出进行强 化。同时通过微合金元素的细晶强化作用，以获得较高的强度，由于其合金含量不高， 塑韧性依然保持较好。 1 3 镀锌锌铁合金镀层钢简介 在当前汽车制造业中，广泛使用镀锌( 镀锌铁) 钢板的目的在二f 借助表面镀层，实 现材料表面抗腐蚀性能的显著提高，增加材料使用寿命。目前最常见的镀锌方法有热浸、 电镀、热喷镀、真空蒸发镀等，其中连续热镀锌与电镀锌应用最广。其中又以热镀方法 具有的镀层厚，耐蚀性强、成本低的优点，使其在汽车用钢中最受欢迎。热镀纯锌的基 本原理是在热镀锌生产线上，将经过预处理的钢材浸入熔融状态的锌液中，利用界面发 生的物理化学反应，在表面形成一层金属锌。对于镀纯锌，其要求熔融锌液中锌含量应 不小于9 9 。一般的热镀锌须包括酸洗、水洗、加助镀液、烘干、挂镀、冷却、药化、 清洗打磨等多重工艺。而热镀锌铁钢是在热镀锌板材的基础上，通过随后进行的合金化 l 绪论 硕士论文 处理工艺，在整个镀层上形成均匀的锌铁合金层，合金镀层中铁含量一般在7 至1 5 之 间制。 1 4 电阻点焊简介 电阻点焊是将工件装配成搭接接头形式，夹紧于两电极之间，通以电流，利用电阻 热熔化板材，使两个分离表面的金属原子达到晶格距离形成金属键，在结合面上产生足 够的共同晶粒，从而形成焊点的焊接方法n 5 l 。 电阻点焊是一种典型的热一机械联合作用的焊接方法。通常包括预压、通电加热、 压力维持冷却结晶三个连续阶段，常用的电阻点焊焊接过程见图1 1 n 6 j 。 在焊接过程中，电极预压板材，然后通以大电流，通过板材结合面的接触电阻产热， 在接触面上产生物理接触，且随着通电的继续，接触面积不断扩大。塑性变形能和热能 使接触面原子不断激活，接触面逐渐消失，进而形成熔化核心，即熔核。熔核中的液态 金属在强烈电磁搅拌力的作用下，逐渐均匀化。通电结束后，液态金属从熔核边缘半熔 化处开始结晶，直至完全凝固形成焊点。此外，在焊接过程中，在电极压力作用下熔核 周边产生大的塑性变形和再结晶，形成塑性环。塑性环随着熔核一起扩大，起到防止空 气进入及保证熔核内液态金属不喷溅的作用n 朝7 | 。 ， 图1 1 常用电阻点焊焊接工艺 飞溅是电阻点焊过程中经常出现同时也是需要避免的一种现象。关于飞溅产生的直 接原因是焊接过程中形成的塑性环被挤破导致内部熔化金属外泄。吉林大学赵熹华在 压力焊中分析认为塑性环破裂的模式有两种：一是随着焊接通电时间的延长，液态 熔核区和塑性环都不断长大，当塑性环的直径超出电极端头尺寸一定程度后，两电极头 中间只有液体熔核。在电极压力作用下，液体熔核区将失去约束而挤破塑性环发生飞溅； 二是由于焊接电流过大导致液体熔核的生长速度大于塑性环的扩展速度，从而将塑性环 挤破产生飞溅n 8 | 。 中国工程物理研究院王亚荣等也研究了飞溅问题，其研究指出电阻点焊内部喷溅的 产生在于当加热速度过快，或焊接热输入过大时，熔核迅速长大，超出了电极作用范围， 此时塑性环由于工件的变形和翘离，在两工件板问发生撕裂，不能很好地保护熔核。熔化 4 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 的金属液体在翘离的板件之间冲出塑性环产生内部喷溅。整个喷溅的产生主要与熔核形 成过程中温度变化和相变引起的金属体积膨胀产生的作用力有关u 9 。 对于电阻点焊过程中的热过程，曹彪等人做了相应研究。其指出了塑性环形成的一 般规律：熔化的金属要膨胀而受到周围金属的阻碍，在熔化金属焊点的上方和下方，其 外围固态金属相对很薄。又由于焊接区内温度场的不均匀，中心温度高，四周温度低， 使得金属比较容易向电极中心线方向膨胀。而电极力的作用使得工件线膨胀在轴向受 限，焊接区金属将产生塑性变形并挤向板缝，导致径向位移的增加。曹彪等人针对电阻 点焊过程热膨胀变形的一般理论研究对防止飞溅有一定的理论指导作用怛0 | 。 1 5 高强钢电阻点焊研究现状 现有研究成果显示，高强钢电阻点焊相对一般低碳钢焊接，其特点在于焊接工艺窗 口窄，电极容易磨损变形，部分高强钢易于在焊后出现淬硬，失塑严重，焊点不规则断 裂等现象乜妇乜引。 在高强钢电阻点焊研究领域，针对不同的材料、组合等，公开发表了很多的研究文 献。吉林大学甄舒比较系统地对b 3 4 0 5 9 0 d p 高强钢电阻点焊进行了试验研究，探讨了 其点焊的微观组织结构和力学性能，及各工艺参数对其性能的影响。研究成果在工艺上 有所创新，研究比较细致全面，有工艺指导意义瞳。大连理工大学李效文则对2 2 m n b 5 高强钢在原始及淬火状态下的电阻点焊性能开展了研究，通过工艺试验也获得了有效的 点焊接头。其后做的一系列仿真实验对于电阻点焊工艺研究也有一定的提示作用乜引。此 外，伍水生针对s p a h 5 9 0 高强钢进行的电阻点焊研究瞳4 | ，上海交通大学高建红等对 t r i p 5 9 0 高强钢进行的电阻点焊工艺和接头力学性能研究瞳，以及于燕等人对b i f 3 4 0 高强钢板进行的研究心6 | ，都得到了良好的焊接接头，其研究过程中也对相关影响因素进 行了初步探讨，对可能出现的问题进行了分析，找出了应对方案，应该说对其它高强钢 的工艺试验有参考价值。此类针对特定钢种的一般电阻点焊研究在已有文献中已经很 多，其中研究中的共性与个性问题，都是以后开展相关研究需要留意的。 “临界熔核直径”在王慧越等人的文献中有所提及。其研究分析了双相高强钢电阻 点焊接头断裂形式，进而探讨了双相钢熔核断裂的成因及焊接参数对熔核断裂的影响规 律。最后得出了“临界熔核直径”是决定双相钢点焊接头是否出现熔核断裂的重要参数 这一结论。其研究成果是否具有广泛的适用性是一个需要思考的问题，但其给出的避免 熔核断裂的参数设计思路还是具有学术价值的比“。 对于母材对高强钢电阻点焊的影响，吴毅雄等人研究了d p 5 9 0 钢电阻点焊的情况。 其初步分析了母材成分对接头性能的影响，但研究成果涉及元素面窄，主要针对碳元素， 有一定的局限性。目前，尚未有全面详实完整的关于母材各成分对电阻点焊焊接性能影 l 绪论 硕士论文 响的文献报告乜8 i 。 上海交通大学王敏等人在d p 5 9 0 双相钢上进行了s o r p a s 软件建模，其模型被称为 点焊熔核形成过程的轴对称有限元模型。文献中称该模型能定量揭示双相钢点焊熔核的 生长过程，能分析热输入对熔核形成的影响形式，进而能达到预测典型点焊规范参数下 的熔核尺寸的目的。应该说该研究成果是利用数值模拟技术对电阻点焊过程进行理论指 导的有益探索，但其精确度不足以达到实用水平、其对可能影响焊接结果的其它变量的 近似处理与忽略等都使其尚处于初级阶段。此外，对于其它类型的高强钢，该模型也缺 乏适用的依据瞳9 | 。 1 6 镀锌钢电阻点焊研究现状 由于镀锌钢板的大量应用，现在国内外在这一领域开展了大量的研究32 i 。在基础 工艺研究领域，周景等人分别针对不同组合的冷轧钢板和镀锌钢板，进行了一系列焊接 工艺试验。其应用计算机回归分析技术对试验结果的分析得出一系列结论：其中关于不 同材料在不同的焊接电流、时间条件下的熔核直径和接头强度变化曲线，以及点焊飞溅 临界曲线这两研究结果是有一定参考价值的口引。王敏等人在做镀锌钢板点焊工艺性能试 验时，亦采用了类似的方法，得出了类似的结论。其总结提出了锌镀钢板点焊时，焊接 电流、时间和电极压力三个参数的一般选用原则，同时也给出了涉及的特定镀锌钢板可 用的点焊参数规范口4 | 。吉林大学姚付彬也对c r 5 9 0 t 3 4 0 yd p 镀锌钢板点焊接头组织和 性能进行了系统研究，其对工艺的探讨非常细致，对点焊常见的缺陷也有所分析瞄引。 宝钢研究所的阎启则主要在热镀锌钢板与普通低碳冷轧钢板对比试验中，总结了焊 接电流、焊接时间、电极压力三个参数对热镀锌钢板点焊质量及电极使用寿命的影响规 律汹，。此外，李大东等人的研究也印证了其部分观点眵。 王敏等在多组镀锌板点焊试验的基础上，重点观察了熔核结晶形态，其在文献中指 出镀锌层的存在对点焊熔核结晶形态有很不利的影响。其易于产生柱状晶，且造成熔核 结合面处产生明显结合面。工艺调整时，增加焊接时间和焊接压力有改善熔核结晶形态 的作用，但增加电流对改善结晶形态无明显效果，反而会造成晶粒粗大。这一结论对涉 及有结晶形态要求的点焊工艺设计有参考价值呤引。 p m a r a s h i 等人对镀锌钢板与奥氏体不锈钢电阻点焊的失效模型进行了研究，探讨 了接头失效与熔核大小及组织的关系，其结果显示镀锌钢板一侧的强度和熔核大小是决 定焊点失效的主要方面，这也印证了涉及镀锌钢钢板的焊接中，镀锌钢板始终应该是考 虑的重点盼9 | 。 上海交通大学程轩挺等研究了镀层厚度对镀锌钢板点焊质量的影响。其认为在要求 同等熔核和拉剪力的条件下，锌层厚度越大，则所需电流越大，直到一锌层厚度临界值 6 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 时所需电流开始下降。热镀锌钢板与其它镀锌钢板类似，只是在锌层较薄时，热镀锌钢 板拉剪强度与焊接电流的变化曲线呈现不同的微下凹的抛物线。这一结论在涉及到不同 厚度锌层钢板点焊工艺设计时有理论指导意义m 0 | 。 在汽车电阻点焊中，两板材无间隙配合往往是理想状态。在实际条件下，由于板材 不平、前焊焊点使板材翘曲等均可能造成有间隙的配合形式。华南理工大学张超鹏考虑 到了这一点，并以高强度镀锌板b 3 4 0 5 9 0 d p d + z f 为研究对象，分别进行了两组试验，分 别获取了有、无间隙配合两种状态下电极磨损和焊点强度的变化规律，并对有间隙配合 造成的差异机理进行了初步分析，这一研究是有一定实用价值的n 6 | 。 吉林大学罗朋在热镀锌双相钢电阻点焊研究中，有关于回火脉冲的详细探讨。其对 回火脉冲前后电阻点焊接头微观组织与力学性能的变化规律有一定研究，得出的一系列 结论在一定程度上可以用于实践指导h 1 | 。 胡心彬等人在镀锌钢板电阻点焊工艺试验中采用的参数优化方法是有一定可取性 的。其采用正交试验方案，用以研究电阻点焊热镀锌钢板时焊接电流、时间、焊接压力 三个参数的优化匹配对焊点质量的影响权重。得出了其影响大小的排列顺序，同时也得 到了良好的焊接接头h2 i 。西安交通大学蔡洪能等在相关文献中也提到了类似的正交试验 方法，其方法适用于电阻点焊这类具有非线性、多变量耦合特点的试验，能用较少的试 验次数获得尽可能丰富的实验结果。这一类方法在电阻点焊试验方案设计中能起到指导 作用h 3 i 。 上海交通大学杨洪刚等提出了“临界试样厚度”的概念，其在对热镀锌双相钢d p 6 0 0 的电阻点焊试验中，分析了界面断裂失效形式，并以此建立了点焊结构拉剪测试失效模 式，建立了点焊界面断裂失效的概率与熔核长度和板厚的关系模型，从而确定了其临界 试样厚度，以及熔核长度对临界试样厚度的影响。这对车身电阻点焊结构的优化具有一 定的参考作用h 4 。 在涉及镀锌钢板点焊的数值模拟方面，德国人h e m 将轴对称差分模型应用于点焊过 程，其在试验结果的基础上，对球形电极条件下接触面积同时间的关系进行了探讨，并 利用该模型对电阻点焊形核过程进行了模拟分析n 引。法国人p a r i s o t 等研究了厚度很薄 的镀锌层的性能，并用有限元进行了试验过程与结果的模拟，其中其设计的网格划分方 法，能较好地将镀锌层的受力情况模拟出来，这一成果对镀锌钢板点焊过程的研究有一 定的促进作用h 6 | 。 1 7 多层板电阻点焊研究现状 多层板电阻点焊有着与两层板电阻点焊不一样的特性，关于多层板电阻点焊的研究 在一些文献中有所提及，但专门系统的研究还比较少。盯。4 引。 l 绪论 硕士论文 多层板电阻点焊时，各板材牌号、厚度等都可能存在差异。以三层板为例，焊接过 程中由于电流密度及产热散热条件的不同，焊点熔核倾向于向厚板侧偏移，而使薄板侧 熔核尺寸明显不足。当为保证薄板侧熔核尺寸而过于提升热输入量时，又可能造成飞溅。 这一问题在三层板电阻点焊中比两层板时更突出，而难以控制。上海交通大学沈洁等人 针对这一问题，展开了关于差强差厚三层板电阻点焊的熔核尺寸控制方法的研究，其提 出的采用不对称电极帽匹配方法来改善点焊熔核尺寸及可焊性窗i s l 宽度的方案，证明能 够较好地解决差强差厚三层板焊过程中的熔核偏移及薄板侧熔核尺寸偏小的问题，可以 提高电阻点焊过程的鲁棒性嘞1 。 上海交通大学黄焕林对三层板电阻点焊工艺参数优化方面的研究则比较系统，其建 立的有限元分析模型，能对焊接熔核形成过程进行三维动态模拟，且结果较为吻合。在 工艺方面，其较为详细地研究了三层等厚板条件下，单段和双段电流电阻点焊的适应性， 以及焊接参数变化对焊接质量的影响。通过试验表明三层板采用双段电流点焊方法质量 明显好于单段电流点焊，这一研究结论对指导工艺很有益处瞄。 付坤等人则试图建立多层板电阻点焊温度场的热源模型，其模型以镀锌钢为基础设 计，在分析镀锌钢点焊及三层板焊接特性的基础上，探讨了接触电阻大小对温度场的影 响，其建立的模型有一定的可参考性阵引。 在计算机模拟方面，王春生等人也进行过研究。其针对不锈钢钢板，依据三层板电 阻点焊熔核形成过程特点，建立了温度场的轴对称有限元模型。其分析了三层板的熔核 生成过程：熔核先期为存在于中间板和两接触面的较小熔核，在不断热输入过程中，熔 核再沿轴向和径向逐渐长大。其模型及结论的准确性还需要进一步探究临引。 此外，陈勇建立了三层等厚不锈钢电阻点焊过程的轴对称有限元数值模型。其在对 三层不锈钢焊接过程的分析计算中得到了熔核生成与长大的模型，在此基础上进而对电 阻点焊进行了应力场分析，结果表明：点焊中，应力分布及工件间的接触面积都在发生 变化，热膨胀引起的工件变形主要表现在轴向位移上，而工件在点焊前期的变形沿轴向 几乎是平移瞄4 | 。 1 8 电阻点焊过程电极及焊点质量变化情况研究现状 镀锌钢电阻点焊由于镀锌层的作用，一般情况下需要比普通低碳钢更高的电流输 入，而有分析表明在点焊热和机械联合作用下，更大的电流会使镀锌层更易与电极工作 端面发生反应，加速电极失效。关于焊接过程中电极失效问题，南昌航空大学帅歌旺等 人研究了铬锆铜电极在电阻点焊镀锌钢板时的失效形式，其研究中监测了电极内部组织 及其硬度、导电性能在焊接过程中的动态变化，表明铬锆铜电极的失效形式主要是塑性 变形、合金化和坑蚀。随着焊接点数的增加，电极内部发生再结晶和析出相长大，直接 硕士论文 车身电阻点焊试验研究 造成电极端面显微硬度大幅降低，但对导电性能没有明显影响。其通过x 射线衍射分析 确定了铬锆铜电极失效后端面合金化产物为c u ，z n 。引。 此外，罗平等人也同样研究了这一领域，其进一步明确在焊接镀锌钢板时，导致铬 锆铜电极失效的原因为电极的粘连，粘连使得电极材料磨损加快。而焊接过程中出现的 电极端部合金化，会使焊接接触区的电阻发生较大的变化，同时也因为合金化导致硬度 变低，进而加快了电极的塑性变形，加快了电极失效进程郾1 。 张旭强等人研究了铬锆铜电极在镀锌板电阻点焊条件下的磨损机理，其在失效电极 合金层中发现了原钢板镀层中的锌、铝元素。锌、铝与铜形成不同相合金，使得电极端 面导电、导热能力严重变差。张旭强等研究认为镀层中铝的存在是导致电极磨损严重另 外一个重要原因。此外，张旭强等还考虑到了镀锌板点焊时严重的电极磨损造成的严重 点蚀的影响，在其建立的点焊过程点蚀有限元模型中采用数值分析与试验并行的方法， 研究了点蚀对熔核形成的影响，得出了点蚀与熔核形成的初步关系。其认为电极表面的 点蚀区域在高温度与较大压力作用易于产生微裂纹，而熔化的镀锌层金属元素会沿着微 裂纹渗入电极内部，加速电极失效。而电极部分区域因为组织再结晶而由柱状晶转变为 了等轴晶，电极