先進(jìn)鋼材電阻焊接的基本原則

寂靜天花板

當(dāng)進(jìn)行電阻焊接時(shí)，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板需要的電流，比普通低碳鋼或高強(qiáng)度低合金鋼需要的電流要少，因?yàn)楹辖鸪煞质沟孟冗M(jìn)高強(qiáng)度鋼板的等級(jí)具備更高的電阻系數(shù)。因此，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的電流強(qiáng)度不用增加，甚至可以根據(jù)材料成分降低電流強(qiáng)度。
通常，如果制造者第一次使用任何種類的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板(AHSS)時(shí)，比如，雙相鋼（DP）、相變誘導(dǎo)塑性剛(TRIP)、復(fù)相鋼（CP）、馬氏不銹鋼（MS），都應(yīng)該制定電阻點(diǎn)焊（RSW）時(shí)間表，這個(gè)時(shí)間表可以應(yīng)用到低碳鋼上，而且：
根據(jù)鋼材的屈服強(qiáng)度(YS)， 把電極壓力增加大約20%或者更高。
$ i9 G. j$ h" R' T" M* |- w• 酌情增加焊接時(shí)間（減少焊接電流）。
如果有證據(jù)證明這些轉(zhuǎn)換不充足，再嘗試一下以下的轉(zhuǎn)換：
• 根據(jù)需要使用上坡和下坡。
2 f/ M+ z2 {$ p• 使用多脈沖焊接時(shí)間表（幾組電流脈沖，每?jī)蓚�(gè)之間有短暫冷卻時(shí)間）。
! n% e6 M& U1 Y4 j* y8 e•在焊接脈沖之后使用回火脈沖。
• 增加電極頭直徑大小。
• 增大最小焊點(diǎn)尺寸。
3 [8 q* l5 `$ C7 R7 ?1 H- E6 z1 Y當(dāng)進(jìn)行電阻焊接時(shí)，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板需要的電流，比普通低碳鋼或高強(qiáng)度低合金鋼需要的電流要少，因?yàn)楹辖鸪煞质沟孟冗M(jìn)高強(qiáng)度鋼板的等級(jí)具備更高的電阻系數(shù)。因此，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的電流強(qiáng)度不用增加，甚至可以根據(jù)材料成分降低電流強(qiáng)度。
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更嚴(yán)格的工藝窗口
與低碳鋼相比，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的焊接窗口更緊密（焊接參數(shù)生成可接受的焊接點(diǎn)）。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的電阻點(diǎn)焊工藝窗口受到幾個(gè)參數(shù)的影響，包括電極壓力和焊接時(shí)間。由鋼材生產(chǎn)者進(jìn)行的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，焊接電流增加的可接受范圍為：每額外增加500N的電極壓力，焊接電流平均增加500A（參見圖1）。焊接時(shí)間每增加40毫秒，電流范圍也平均增加250A，額外增加的電極壓力和焊接時(shí)間導(dǎo)致電流范圍增加，使得工藝窗口更寬。
對(duì)厚度為1.6毫米的三種（DP 340/590, 420/780 和 550/980）雙相鍍層鋼板的廣泛焊接研究表明，對(duì)這三種型號(hào)的鋼材可采用相似的焊接行為。為描述電阻點(diǎn)焊的行為特點(diǎn)，人們進(jìn)行了有效電流范圍和靜態(tài)焊接張力測(cè)試。有效電流范圍是指產(chǎn)生最小焊點(diǎn)尺寸所需要的焊接電流與引起焊接金屬噴濺的電流之間的差值。
4 s( u' o$ k* y2 Q( W2 }焊接電流范圍：DP340/590 和DP420/780：2.2 kA；DP550/980：2.5 kA.平均焊縫硬度：DP340/590：380HV；DP420/780和DP550/980：415HV。
8 h0 y8 ~9 j# V此外，這三種雙相鋼的點(diǎn)焊硬度分布相似（參見圖3）。研究還得出結(jié)論說，僅僅靠焊縫斷裂模式并不能很好地說明焊接完整性及性能。在評(píng)判焊接完整性時(shí)，更重要的是要考慮斷裂所承受的荷載。
另一項(xiàng)研究把1.6毫米厚的雙相鋼材420/700與相變誘導(dǎo)塑性剛420/700相比較。焊接時(shí)間循環(huán)18次所需的焊接電流范圍，對(duì)雙相鋼來說是1.4kA, 相變誘導(dǎo)塑性剛是1.5kA.兩種鋼材的平均焊接硬度都是400HV。
6 w$ ~  n. M- j* Y- Z3 t  O該項(xiàng)研究得出結(jié)論為：在這兩種級(jí)別的鋼材上都可產(chǎn)生可接受的沒有缺陷的焊點(diǎn)。而且這兩種鋼材都是采用焊接參數(shù)隨時(shí)可焊。兩種鋼的焊接抗拉強(qiáng)度差異均較小，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。為先進(jìn)高強(qiáng)度鋼所制定的帶脈沖電流文件的焊接時(shí)間表中包括有焊接電流范圍，與低碳鋼的類似。
供熱率必須根據(jù)鋼的厚度和級(jí)別改變。與特定厚度的低強(qiáng)鋼相比，同樣厚度的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼可能需要的電流更少。相似的道理，與較厚的鋼材相比，較薄的鋼材需要的電流更少。在電阻點(diǎn)焊期間，根據(jù)鋼材厚度控制供熱率，這個(gè)控制級(jí)別就叫做熱均衡。
對(duì)于特定級(jí)別的鋼材來說，厚度的改變可能需要采用特定的焊接時(shí)間表來控制熱均衡。由于先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的電阻率較高，焊接熔核生長(zhǎng)會(huì)優(yōu)先發(fā)生在先進(jìn)高強(qiáng)度鋼在。由高體積電阻和高材料硬度引起的高溫，有可能使先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的電極壽命縮短。
5 G8 N" x+ k8 W3 o通常，在焊接先進(jìn)高強(qiáng)度鋼時(shí)的電極壽命與低碳鋼的相似，是因?yàn)橄冗M(jìn)高強(qiáng)度鋼更高的體積電阻率對(duì)工作電流的需求較低。在生產(chǎn)過程中，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的高回彈，引起部分設(shè)備不好，增加的電極壽命可能被抵銷。隨著電極磨損，電極頭直徑增大，增大的電極頭需要增加焊接電流和電極壓力。此外，頻繁給電極頭敷料，將保持電極頭的形狀，并有助于得到可接受焊縫的一致性。
  P3 N4 p7 [3 p! O: U, R. b, h各種級(jí)別的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，其焊接電源可采用直流或交流。由于其單向連續(xù)電流的特性，中頻直流（MFDC）比傳統(tǒng)的交流有優(yōu)勢(shì)。這些特性有助于控制和引導(dǎo)接口處的熱度。電流模式不會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成任何顯著的差異。一些研究還表明，中頻直流可以提高電極壽命。
然而，當(dāng)厚度比超過2：1時(shí)，使用直流電可以獲得一些優(yōu)勢(shì)，但是必須開發(fā)焊接實(shí)踐以優(yōu)化這些優(yōu)勢(shì)。人們還觀察到的結(jié)果是在使用相同的二次焊接參數(shù)進(jìn)行焊接時(shí)，使用直流電比使用交流電所產(chǎn)生的點(diǎn)焊熔核尺寸更大。焊接過程中，電流波形特征的差異會(huì)改變動(dòng)態(tài)電阻，從而影響焊接熔核生長(zhǎng)。
一些研究表明，當(dāng)先進(jìn)高強(qiáng)度鋼有厚度差時(shí)，使用中頻直流焊接可以改善熱均衡和焊接工藝的健壯性。據(jù)報(bào)道，與交流電源相比，直流電源提供更好的功率因數(shù)和較低的功率消耗（約10%)。
7 F5 p5 \+ y) s$ ]4 x# j1 U. T先進(jìn)高強(qiáng)度鋼可用各種形狀的(圓臺(tái)形和穹頂形）焊接電極頭和材料進(jìn)行焊接（參見圖4）。穹頂形電極能保證在較低電流的情況下也有足夠多的焊點(diǎn)，因?yàn)樵隈讽斝坞姌O的中心電流密度更高。穹頂形電極的曲線將有助于減小電極失準(zhǔn)的影響。然而，如果沒有經(jīng)常給電極頭敷料，在涂層鋼上使用穹頂形電極有可能會(huì)縮短電極壽命。與圓臺(tái)形電極相比，穹頂形電極因其圓形的邊緣，產(chǎn)生表面裂紋的傾向性較小。
電阻焊接取決于雙片之間的電阻。雖然優(yōu)良一致的零件設(shè)備對(duì)所有電阻焊接都很重要，對(duì)于焊接先進(jìn)高強(qiáng)度鋼設(shè)備更關(guān)鍵，因?yàn)橄冗M(jìn)高強(qiáng)度鋼的屈服強(qiáng)度和回彈效應(yīng)增加了。在零件設(shè)備較差或不一致的情況下，推薦使用大型的圓臺(tái)形電極來焊接先進(jìn)高強(qiáng)度鋼以及其它傳統(tǒng)鋼材。電極頭尺寸增大，相應(yīng)的接觸區(qū)域也越大，這會(huì)導(dǎo)致電流密度降低，因此，電流范圍也將變大。同時(shí)，制造商可以利用漸進(jìn)式電極壓力和上坡克服設(shè)備較差的問題。
5 V4 t. ?8 N9 s6 K6 M2 G# N如何處理有涂層的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼？
各種級(jí)別的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼，都有商用的鍍鋅板和鋅鐵合金鋅鍍層板涂層。鋅鐵合金鋅鍍層板涂層，是通過把鋼鐵在熔融液中浸過之后，馬上把鍍上鋅的鋼材在840~1100華氏度的溫度中再加熱而得到的。這個(gè)再加熱過程使鐵從底層中分離，以便擴(kuò)散到涂層中。由于鐵和鋅合金的擴(kuò)散，最終的涂層中包含大約90%的鋅、10%的鐵。由于涂層中有鋅合金和擴(kuò)散鐵，涂層中沒有游離鋅離子。
2 y8 d5 h" T* d; E- T7 s$ `為了檢查涂層分別為HDGA和HDGI時(shí)，雙相鋼420/800的點(diǎn)焊性能是否存在差異，進(jìn)行了一項(xiàng)研究，結(jié)果表明：鋼材表現(xiàn)出類似的整體焊接性能，可以忽略涂層因素。然而，HDGA涂層的鋼材只需較低的焊接電流來形成最小的熔核尺寸。現(xiàn)在通常的做法是要時(shí)常給電極頭敷料，這種做法并不高效。
( g" L8 d& L0 `HDGA涂層的焊接電流范圍要大于HDGI涂層。然而，比起HDGA涂層所需要的2.2kA電流范圍，HDGI涂層需要的1.6kA的電流范圍對(duì)汽車應(yīng)用而言，足夠?qū)挿�，不�?huì)出問題。
4 ?. ]6 f' D' d" X7 f5 ]. B# V在大規(guī)模生產(chǎn)車用涂層鋼時(shí)，相比焊接無涂層鋼時(shí)的磨損率，焊接有涂層鋼的磨損率趨于加速，因?yàn)檫@是兩種機(jī)制。機(jī)制一：增加電極接觸范圍（被稱為蘑菇效應(yīng)），導(dǎo)致電流密度降低和焊接尺寸縮小。
機(jī)制二：電極面腐蝕/孔蝕，是由涂層與銅合金電極的化學(xué)反應(yīng)引起，形成不同的黃銅層。這些黃銅層易于在電極的邊緣分解并被擠出。
' V. z* B5 t9 K' h% ]: n為了克服此電極磨損問題，汽車行業(yè)采用焊接控制器自動(dòng)電極修整工具和/或焊接時(shí)間表來進(jìn)行調(diào)整，比較典型的是增加焊接電流和/或電極的力。現(xiàn)在已出現(xiàn)了探討其他電極材料和幾何形狀對(duì)于提高電極的使用壽命的研究和開發(fā)。
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改善斷裂模式
3 y& A9 @% r2 X7 q3 m有些規(guī)格使用斷裂模式標(biāo)準(zhǔn)，來顯示在焊接先進(jìn)高強(qiáng)度鋼時(shí)的焊接生產(chǎn)質(zhì)量。在剝離和鑿焊測(cè)試過程中，結(jié)果會(huì)因整個(gè)焊點(diǎn)外觀和完成的界面斷裂而不同。
& y. y9 ~; k) P% h8 m最近的實(shí)驗(yàn)表明，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼焊接接頭的交叉拉伸剪切（CTS)強(qiáng)度可以通過使用焊后熱傳導(dǎo)的適當(dāng)條件而改進(jìn)。在傳統(tǒng)回火工藝中，焊點(diǎn)是在充分冷卻之后再回火的（即在焊點(diǎn)的馬氏體轉(zhuǎn)變完成之后）。與之不同的是，焊后熱傳導(dǎo)工藝只包含很短的冷卻時(shí)間。正因如此，焊后熱傳導(dǎo)工藝不會(huì)引起生產(chǎn)效率大幅下降。
在焊后熱傳導(dǎo)過程中，交叉拉伸剪切達(dá)到6個(gè)冷卻時(shí)間周期的峰值，且在焊后熱傳導(dǎo)時(shí)間增加后得到提升，即使冷卻時(shí)間增加到35個(gè)周期時(shí)也是如此。
9 z$ D8 ~4 {" p9 L- n3 b現(xiàn)有的鋼材電阻點(diǎn)焊碳當(dāng)量（CE）公式不能充分預(yù)測(cè)先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的焊接性能。焊接質(zhì)量取決于多個(gè)變量，如厚度，強(qiáng)度，加載方式和焊接尺寸。因?yàn)闆]有普遍接受的公式，使用任何一個(gè)碳當(dāng)量公式是不可能的，用戶應(yīng)基于自己的經(jīng)驗(yàn)發(fā)展自己的碳當(dāng)量公式。
. v+ e& ?! o. s3 y* b& a- ^. p電阻焊數(shù)值模擬的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省時(shí)間、降低產(chǎn)品開發(fā)的成本以及優(yōu)化工藝。目前的建模技術(shù)可以預(yù)測(cè)焊接和焊后熱影響區(qū)域的溫度、微觀結(jié)構(gòu)、壓力和硬度分布。商業(yè)建模軟件將考慮材料的類型、各種電流模式、機(jī)器的特性、電極的幾何形狀等。

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突然間發(fā)現(xiàn)真的好久沒有學(xué)習(xí)了

笑風(fēng)笑

進(jìn)來學(xué)習(xí)