【轻量化】高强度汽车板连接应用技术研究

技术先行，创新驱动

精益研发、追求卓越

马钢高强汽车板连接应用技术研究

马鞍山钢铁股份有限公司技术中心

2019年9月

2高强钢电阻焊焊性能研究

5展望目录

Contents 1背景

3

高强钢激光焊接性能研究4

高强钢钢胶粘连接技术研究

01

背景

低碳钢：＜180MPa

HSS：≥180-300MPa

AHSS：≥300-600MPa

UHSS：≥600MPa

PHS：热成形钢

低碳钢、HSS比例减少

AHSS、PHS比例增大(图片来源：2018年欧洲车身会议）

背景-材料连接方式多样化

(图片来源：2018年欧洲车身会议）

背景-挑战

（1）先进高强钢的生产：合金成分多，轧硬卷强度高，影

响生产顺行，生产成本大幅增加。

（2）客户应用难点：

1）镀锌高强钢点焊过程中的LME现象、电极寿命等问题；2）先进高强钢焊接飞溅、缩松、缩孔等缺陷；

3）涂层高强钢涂层对碰撞胶、结构胶粘性能的影响。

02高强钢

电阻焊接

性能研究

焊接峰值温度分布：网格划分图中A 点和B 点温度随时间变化：

熔核直径约为2.9 mm

厚度约为0.4 mm

错位量约0.2 mm 0400

800

1200

1600

2000 A 点

B 点

T / ℃t / s

焊缝中心峰值温度为2004.2℃，平均加热速度约为3633.7℃/s ，t8/5约0.21s 电极表面峰值温度约306.0℃（a ）t = 0.2 s （b ）t = 0.4 s

（c ）t = 0.6 s （d ）t = 0.8 s

焊接过程不同时刻应变场分布：

（a ）I = 16 kA

（c ）

I = 26 kA

焊接电流对焊接峰值温度的影响（b ）I = 21 kA

焊接电流对应变场的影响

（a ）I = 16 kA （b ）I = 21 kA

（c ）I = 26 kA （d ）I = 31 kA

同时研究了焊接时间、电极压力和搭接量对电阻缝焊温度场和应力/应变场的影响，通过以上工艺参数对搭接接头应力应变场和温度场的影响，提出了焊接工艺参数优化的方程，并得到适合与相应厚度材料的电阻焊接工艺窗口。

可焊性范围：氧化铝铜电极：2.1kA

铬锆铜电极：1.3kA 电极寿命：氧化铝铜电极：＞500点铬锆铜电极：150点左右

铬锆铜电极氧化铝铜电极

裂纹

DP80022MnB5DP800-BM

DP800-UCHAZ

DP800-SCHAZ FZ 22MnB5-UCHAZ

22MnB5-SCHAZ 22MnB5-BM

焊接飞溅金属产生的应力集中对点焊接头力学性能影响较大。

焊接飞溅焊接飞溅

焊接工艺优化缩松缺陷

03

高强钢

激光焊接

性能研究

热冲压前后的接头的拉伸结果

热冲压前后的接头硬度分布热冲压前后的接头宏观形貌

22MnB5H340LA 22MnB5H340LA

正面反面

小结：

（1）相同厚度的材料，基板强度在一定范围内，胶接强度随材料强度升高增加。

（2）基板强度低于600MPa时，随着基板强度的增加，胶接强度增加；基板强度高于该值时，基板强度在600MPa以上时，胶接强度趋于相对稳定的状态。分析认为该现象与结构胶的物理性能有关，对于600MPa以上的高强钢，作为结构件，厚度较厚，承受拉剪载荷时，材料不发生屈服，胶接强度主要受胶层内应力影响。

PHS

PHS-AlSi PHS-Zn

PHS-AlSi 基

材

扩散层

裂纹PHS-Zn 扩散层基材胶层胶层

结论：（1）相同厚度和强度的汽车板，裸板胶接强度明显高于带涂层汽车板；

（2）Al-Si 涂层热成形钢镀层与基板结合强度较弱，胶接断裂呈现涂层与基板断裂的现象。

（3）Zn 基镀层热成形钢镀层与基板结合力较强，胶接接头失效形式为内聚破坏形式。热成形钢裸板和Zn 基镀层热成形钢断口呈现细小的羽毛状纹理，裸板羽毛状纹理较粗大。

05

展望

展望

◆基础研究方面：界面反应与冶金机理，焊接缺陷产生机理及检验方法。

◆工艺研究方面：连接新工艺、新方法、连接材料等，接头质量和可靠性评估。

◆智能制造方面：基础制造技术与装备的数字化与智能化,以及焊接模拟仿真技术。

◆逐渐实现由焊接向连接的转变。

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