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：
& i  ~; C8 q% u& q3 C7 P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,。
9 J1 n: F2 {3 j) D, p" C9 n9 D• 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,。
• 使用多脈沖焊接時(shí)間表（幾組電流脈沖，每兩個(gè)之間有短暫冷卻時(shí)間）,。
6 V0 H3 k, L$ t4 ~- |" Q•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,。
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,。

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。
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。
6 J+ Y$ \2 S3 W8 s3 S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。
" f7 L0 ^& |7 _2 o7 Q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。
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。
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,。
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,。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。
' j4 s/ N3 c7 a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，但是必須開發(fā)焊接實(shí)踐以優(yōu)化這些優(yōu)勢,。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。
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%)。
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,。
8 f- N3 s  s8 K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,。
8 C8 f  Z! G5 ?/ R/ y如何處理有涂層的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼？
- p' j3 \% @8 ?) u0 ?* L! m0 j; T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。
) B( B, |& C5 @5 j6 w% r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�,，F(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。
7 W- y, J, n( K3 j1 ~. c8 jHDGA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,。
. F0 u& H" J8 H, d  O' I$ B& Q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,。
/ }8 x4 W+ ~* ~; J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。
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),。

改善斷裂模式
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,。
( g- N7 _) A3 Q7 O) t8 s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,。
7 u" h& z. j7 z2 {4 Z% u4 j3 J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,。
  W6 c6 [# ]/ f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。
& a: o, H5 B- |  N! }8 c
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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)