先进热镀锌双相高强钢板CR590T-340Y DP点焊工艺研究--现代焊接杂志社2012年4月已发表

先进热镀锌双相高强钢板CR590T/340Y DP点焊工艺研究
姜典保
（上海拖拉机内燃机有限公司上海 200433）
摘要：本文研究了2.0mm厚先进热镀锌双相高强钢板CR590T/340Y DP焊接的焊接参数对点焊接头熔核直径和接头抗拉强度的影响，并给出了最佳点焊工艺规范。

关键词：先进热镀锌高强钢；点焊工艺
Study on spot welding technology of
advanced Hot Dip Zinc high strength steel CR590T/340Y DP
Jiang, dianbao
(Shanghai Tractor Internal & Combustion Engine Co. LTD Shanghai 200433, China) Abstract: In this paper, we researched that the influence of weld parameters on the diameter and the tension of weld spots and obtained the best spot welding technology. The material is advanced Hot Dip Zinc high strength steel CR590T/340Y DP, a thickness of 2mm.
Key word: advanced Hot Dip Zinc high strength steel; spot welding technology
1 前言
随着汽车行业的高速发展，汽车的轻量化和节能化成为目前行业的一个重点发展方向，因此高强度镀锌钢板的应用也越来越广泛。

高强度镀锌钢板是车身轻量化的重要材料[1]，高强度镀锌钢板的应用不但可以节约钢材，也可以为车身降低重量从而降低油耗。

传统高强度钢板多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要的强化手段。

先进高强度钢是指通过相变进行强化的钢种，组织中含有马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体，包括双相钢（DP）、TRIP钢、复相钢（CP）和马氏体钢（M）等。

先进高强钢的强度和塑性配合优于普通高强钢，兼具高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高碰撞过程中的能量吸收，这对减重的同时保证安全性十分有利。

因此研究先进高强钢的点焊工艺有非常重要的现实意义。

本文主要针对本公司内新进采用的双相高强钢板CR590T/340Y DP的点焊工艺进行研究，以期得到最优的点焊工艺，用于指导实际生产。

2 实验材料、设备及方法
2.1 实验材料
本文选用冷轧双相钢板型号为CR590T/340Y DP，其镀锌层信息为HD60G60GU TO GMW8 OPT HD70G70GU TO GMW8（通用全球工程标准），双面热镀锌。

板材厚度为2.0mm，板材尺寸选用200m m×40mm×2.0mm，点焊选用搭接接头，搭接长度为40mm。

图1为点焊接头的搭接式样示意图。

图1点焊接头搭接示意图
2.2 实验设备
点焊实验采用日本那电久寿株式会社生产的PH5型工频点焊控制器，采用机器人进行点焊，机器人型号为日本安川ES165N型。

熔核尺寸测量采用15J光学显微镜，拉伸实验采用CS-44100型电子万能试验机，实验速度6mm/min，最大负荷100KN。

2.3 实验方法
从焊接电流、焊接时间和电极压力三个焊接参数研究其对接头性能的影响，从而得出最优化的焊接参数。

分别选定如下焊接参数：焊接时间20cyc，焊接电流10.5KA，电极压力400KG为基准参数，固定其中的两个焊接参数，改变另外一个焊接参数，从而研究焊点的性能。

由于实际生产中，判定点焊接头合格与否一般是通过检查其熔核直径和接头的抗撕裂能力，因此本文研究点焊接头的性能分别从焊点熔核的直径和点焊接头的抗拉强度两个最直观的方面研究焊接参数对其影响。

3 实验结果及分析
3.1 焊接时间对点焊接头性能的影响
图2 焊接时间对熔核直径的影响图3 焊接时间对抗拉强度的影响从上图2和图3中可以看出，随着焊接时间变长，焊点熔核直径是先增大后减小，点焊接头的抗拉强度也是先增加后降低。

熔核直径一方面跟点焊电极的端面直径相关，另一方面也与焊接参数相关。

根据下面的热量计算公式（1）：
2
Q=I Rt --------------------------------------------------------------（1）
Q
其中表示热量
I
表示电流强度
R表示接触电阻
t表示通电时间
当焊点的通电时间加长，单个焊点的焊接热量会相应的增加，因此熔核因为吸收的能量增加，熔核直径会变大。

由于熔核直径的变大，使熔核的抗拉作用面变大，使其抗拉强度增加。

当熔核直径增加到一定程度，由于受电极端面直径大小的限制，且焊接时间过长会引起焊点过烧，因此随着焊接时间的再加长，熔核直径反而减小，同时，因为熔核直径的减小，使焊点的抗拉强度随之降低。

从焊接时间对焊点性能的影响看，对于该板材的最佳焊接时间为24cyc。

3.2 焊接电流对点焊接头性能的影响
图4 焊接电流对熔核直径的影响图5 焊接电流对抗拉强度的影响从上图4和图5中可以看出，随着焊接电流增加，焊点熔核直径的变化趋势是先增大后减小，点焊接头的抗拉强度也是先增加后降低。

熔核直径一方面跟点焊电极的端面直径相关，另一方面也与焊接参数相关。

根据上述热量计算公式（1）。

当焊点的焊接电流增加，单个焊点的焊接热量会急剧的增加，熔核因为吸收的能量增加，熔核直径也会变大。

由于熔核直径的变大，使熔核的抗拉作用面变大，使其抗拉强度增加。

当熔核直径增加到一定程度，由于受电极端面直径大小的限制，且焊接电流过大会引起焊点过烧，因此随着焊接时间的再加长，熔核直径反而减小，同时，因为熔核直径的减小，使焊点的抗拉强度随之降低。

从焊接电流对焊点性能的影响看，对于该板材的最佳焊接电流为10KA~10.5KA。

3.3 电极压力对点焊接头性能的影响
图6 电极压力对熔核直径的影响图7 电极压力对抗拉强度的影响从上图6和图7中可以看出，随着焊接电流增加，焊点熔核直径的变化趋势是逐渐增大，点焊接头的抗拉强度也是先增加后降低。

当电极压力太小时，由于电极不能完全压紧将要熔化的塑性环内金属，引起焊接飞溅较大，使焊点的熔核尺寸较小。

随着电极压力的增加，电极对塑性环内金属的压力变大，焊接飞溅会减少，焊点的熔核直径会变大，使焊点的抗拉强度也变大。

因为点焊是电阻焊的一种，点焊电阻分为电极本身的电阻、电极与工件间的接触电阻、工件本身电阻及工件与工件之间的接触电阻四类。

当电极压力足够大时，由于电极和板材之间及板材之间接触非常紧密，使其之间的接触电阻减小，因此，虽然熔核直径是在增加，但由于电极压力过大，使焊点的压痕过深，根据上述热量计算公式（1），可以看出，点焊电阻的减小也会引起焊接热量的降低，从而使焊点的抗拉强度降低。

由于受点焊电极端面直径的限制，焊点熔核直径不可能无限增加，其增加到一定程度会
基本保持不变。

从上述分析可以看出，对于本文所用板材，其点焊电极压力在400KG为最佳压力。

4 结论
对于本文所述先进热镀锌双相高强钢板CR590T/340Y DP，板厚2.0mm，两层板之间焊接，其最佳的焊接工艺为：焊接时间24cyc，焊接电流10KA~10.5KA，电极压力400KG。

由于其是高强度镀锌钢板，且板材较厚，因此建议选用3脉冲焊接，每个脉冲焊接时间8cyc，两个脉冲之间可以增加1~2cyc的冷却时间，另外，可以根据工艺需要增加适当的焊前预热脉冲和预热电流，以消除镀锌层对焊接质量的影响。

[1] 朱士风,宋起峰. CA1092车身轻量化的研究[J]. 汽车工艺与材料, 2002(8/9):58-62.。