热成型工艺焊接性能研究教学提纲.doc
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1、热成型工艺焊接性能研究精品文档超高强热成型钢板的点焊工艺性能研究徐松,黄治军,孙宜强,胡宽辉,龚涛(武汉钢铁(集团)公司研究院,湖北武汉430080)摘要:对试验用超高强热成型钢的电阻点焊工艺进行了研究,探讨了焊接电流对点焊接头压痕深度、焊核直径、焊透率以及拉断力的影响规律,讨论了电流模式对点焊试样断裂点位置和中心偏析的影响,分析了焊接接头软化区、中心偏析的原因。研究结果表明,该钢种具有良好的点焊性能。关键词:超高强钢;热成型钢;点焊;接头软化随着对环境问题的重视和低油耗、低排放、高安全性的需求,汽车用钢向更轻、更高强度的方向发展。20世纪90年代开始,JFE公司开始。780MPa级别以上的超
2、高强钢研究开发,应用于抗冲击和碰撞的汽车结构件,如加强筋、B柱等。高强钢板、超高强钢板成为汽车制造发展的主要方向1-2。由于电阻点焊具有生产效率高、易于实现自动化等优点,在汽车制造中被广泛应用,成为高强钢板的主要焊接方法3。超高强钢板的点焊性能研究目前国内较少;对Aroelor公司生产的超高强度硼钢板USIBOR1500进行的点焊研究,证明了USIBOR1500超高强度淬火钢板具有良好的点焊性能4-5。何谓热成型工艺?热成型工艺是将钢板加热到奥氏体温度区间(约900)进行热冲压,同时在模具内对冲压件快速冷却,淬火后得到细晶马氏体组织,从而可以得到抗拉强度达到1400MPa以上的钢板的工艺6。本
3、文研究的超高强钢板为某钢厂试验热成型钢F5D1,探讨了焊接电流对点焊接头性能的影响规律;通过不同电流模式下的焊接,讨论了坡周电流预热钢板对点焊的作用;针对接头软化和焊缝中心偏析,进行了显微硬度和金相组织的分析,并提出了改善措施和后续研究方向。1试验材料及方法11试验材料试验材料为某钢厂试验钢F5D1,该钢种通过热压成形、强冷淬火来提高强度,金相组织为淬火细晶马氏体,成分及性能见表1。试验用的钢板厚度为15mm。12试验设备及方法试验所用的点焊机为三相次级整流直流焊机TZ-340,电极直径为6mm,采用DEP-100S编程器设置焊接参数进行点焊工艺试验。采用线切割的方法将点焊焊件沿过焊点中心的直
4、线切割断面,随后将焊点断面试片经镶嵌后进行研磨、抛光,并用10硝酸酒精溶液进行腐蚀,在金相显微镜下进行检测。在低倍下测量焊点的熔核直径以及焊透率。采用尖头千分尺测量试样的压痕深度。采用维氏硬度计在焊缝截面上进行显微硬度测量。点焊接头拉伸剪切试验参照GWS5一A标准,试样尺寸为20mm140mm15mm。2试验结果及分析对F5D1采用2组工艺进行了工艺优化试验,电极压力30kgf,每周次002s。一组采用基本电流模式进行点焊,焊接时间10周;一组采用Slope电流模式进行点焊。Slope模式下,电流在3周次内从0 A线性递增到8400A,然后保持电流12周次。Slope模式下,前3周的电流对钢板
5、有预热软化作用,在相同的电极压力下,钢板能更紧密的贴合,板面充分接触,电流更加稳定。21电流对压痕深度、熔核直径、焊透率及抗剪载荷的影响通过优化后的工艺参数试验,探讨了电流对焊接接头的性能影响,如图1所示。从图1(a)中可以看出,焊点的压痕深度随着焊接电流的增大,整体呈现出增加的趋势。但当电流达到某一临界值后,电流继续增大,压痕深度反而略微下降,并保持平稳趋势。从图1(b)、(c)中可以看出,焊点的熔核直径和焊透率随焊接电流的变化规律基本相似。随着电流的逐渐增加,焊点的熔核直径、焊透率都呈现出上升趋势。电流达到某一临界值后,熔核直径和焊透率反而随着电流的增加出现下降。当焊接电流过大,热输入过大
6、,熔核生长膨胀过快,塑性环在电极强冷作用下,生长速度有限,熔核突破塑性环约束,一部分金属喷出飞溅,一部分金属在电极强冷作用下凝固,导致熔核直径、焊透率降低。从图1(d)中可以看出,焊点拉剪载荷随着焊接电流的逐渐增加,呈现出上升趋势。原因在于,随着焊接电流的增加,热输入量逐渐增大,在不产生飞溅的情况下,焊点金属熔化更为充分,熔核温度更高,钢中自带硅铝酸盐以及与板间缝隙空气反应生成的氮化物、氧化物质点热扩散更为充分、分布更为均匀,从而提高了焊点的抗剪载荷。此外,需特别提出的是,在Slpoe电流模式下焊接的试样,抗剪载荷试验中断裂点均在母材一侧,焊点四周破裂为“纽扣”状。基本电流模式下断裂点均在熔核
7、处,熔核界面撕裂。这证明了,Slope模式下,坡周电流对钢板的预热软化作用能有效的控制断裂点位置,对抗剪载荷影响不大。2种模式下的抗剪载荷均在20kN左右,超过RMWA焊接标准中的A类参考抗剪强度(118kN),能够满足实际生产中的强度需求。22金相组织分析不同电流强度、不同电流模式下,F5D1试样焊点金相组织基本类似,以淬火马氏体为主。选取其中1组金相分析,如图2所示。从图2(a)、(b)和(c)中可以看出,焊缝组织能看到明显的柱状晶,生长方向为板两侧指向两板中心接触线。点焊试样金相组织以马氏体为主,不完全正火区、回火区中除了主要的马氏体,还有少量的粒状贝氏体和回火索氏体。由于焊缝中心熔核温
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