先進鋼材電阻焊接的基本原則

寂靜天花板 · 發表于 2016-6-30 19:57:28

當進行電阻焊接時，先進高強度鋼板需要的電流，比普通低碳鋼或高強度低合金鋼需要的電流要少，因為合金成分使得先進高強度鋼板的等級具備更高的電阻系數。因此，先進高強度鋼板的電流強度不用增加，甚至可以根據材料成分降低電流強度。
通常，如果制造者第一次使用任何種類的先進高強度鋼板(AHSS)時，比如，雙相鋼（DP）、相變誘導塑性剛(TRIP)、復相鋼（CP）、馬氏不銹鋼（MS），都應該制定電阻點焊（RSW）時間表，這個時間表可以應用到低碳鋼上，而且：
根據鋼材的屈服強度(YS)，把電極壓力增加大約20%或者更高。
• 酌情增加焊接時間（減少焊接電流）。
如果有證據證明這些轉換不充足，再嘗試一下以下的轉換：
• 根據需要使用上坡和下坡。
• 使用多脈沖焊接時間表（幾組電流脈沖，每兩個之間有短暫冷卻時間）。
•在焊接脈沖之后使用回火脈沖。
• 增加電極頭直徑大小。
• 增大最小焊點尺寸。
當進行電阻焊接時，先進高強度鋼板需要的電流，比普通低碳鋼或高強度低合金鋼需要的電流要少，因為合金成分使得先進高強度鋼板的等級具備更高的電阻系數。因此，先進高強度鋼板的電流強度不用增加，甚至可以根據材料成分降低電流強度。

更嚴格的工藝窗口
與低碳鋼相比，先進高強度鋼的焊接窗口更緊密（焊接參數生成可接受的焊接點）。先進高強度鋼的電阻點焊工藝窗口受到幾個參數的影響，包括電極壓力和焊接時間。由鋼材生產者進行的調查發現，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間導致電流范圍增加，使得工藝窗口更寬。
對厚度為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，對這三種型號的鋼材可采用相似的焊接行為。為描述電阻點焊的行為特點，人們進行了有效電流范圍和靜態焊接張力測試。有效電流范圍是指產生最小焊點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。
此外，這三種雙相鋼的點焊硬度分布相似（參見圖3）。研究還得出結論說，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。在評判焊接完整性時，更重要的是要考慮斷裂所承受的荷載。
另一項研究把1.6毫米厚的雙相鋼材420/700與相變誘導塑性剛420/700相比較。焊接時間循環18次所需的焊接電流范圍，對雙相鋼來說是1.4kA, 相變誘導塑性剛是1.5kA.兩種鋼材的平均焊接硬度都是400HV。
該項研究得出結論為：在這兩種級別的鋼材上都可產生可接受的沒有缺陷的焊點。而且這兩種鋼材都是采用焊接參數隨時可焊。兩種鋼的焊接抗拉強度差異均較小，沒有統計學意義。為先進高強度鋼所制定的帶脈沖電流文件的焊接時間表中包括有焊接電流范圍，與低碳鋼的類似。
供熱率必須根據鋼的厚度和級別改變。與特定厚度的低強鋼相比，同樣厚度的先進高強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。在電阻點焊期間，根據鋼材厚度控制供熱率，這個控制級別就叫做熱均衡。
對于特定級別的鋼材來說，厚度的改變可能需要采用特定的焊接時間表來控制熱均衡。由于先進高強度鋼的電阻率較高，焊接熔核生長會優先發生在先進高強度鋼在。由高體積電阻和高材料硬度引起的高溫，有可能使先進高強度鋼的電極壽命縮短。
通常，在焊接先進高強度鋼時的電極壽命與低碳鋼的相似，是因為先進高強度鋼更高的體積電阻率對工作電流的需求較低。在生產過程中，先進高強度鋼的高回彈，引起部分設備不好，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。
各種級別的先進高強度鋼，其焊接電源可采用直流或交流。由于其單向連續電流的特性，中頻直流（MFDC）比傳統的交流有優勢。這些特性有助于控制和引導接口處的熱度。電流模式不會對焊接質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，當厚度比超過2：1時，使用直流電可以獲得一些優勢，但是必須開發焊接實踐以優化這些優勢。人們還觀察到的結果是在使用相同的二次焊接參數進行焊接時，使用直流電比使用交流電所產生的點焊熔核尺寸更大。焊接過程中，電流波形特征的差異會改變動態電阻，從而影響焊接熔核生長。
一些研究表明，當先進高強度鋼有厚度差時，使用中頻直流焊接可以改善熱均衡和焊接工藝的健壯性。據報道，與交流電源相比，直流電源提供更好的功率因數和較低的功率消耗（約10%)。
先進高強度鋼可用各種形狀的(圓臺形和穹頂形）焊接電極頭和材料進行焊接（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，因為在穹頂形電極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的影響。然而，如果沒有經常給電極頭敷料，在涂層鋼上使用穹頂形電極有可能會縮短電極壽命。與圓臺形電極相比，穹頂形電極因其圓形的邊緣，產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。雖然優良一致的零件設備對所有電阻焊接都很重要，對于焊接先進高強度鋼設備更關鍵，因為先進高強度鋼的屈服強度和回彈效應增加了。在零件設備較差或不一致的情況下，推薦使用大型的圓臺形電極來焊接先進高強度鋼以及其它傳統鋼材。電極頭尺寸增大，相應的接觸區域也越大，這會導致電流密度降低，因此，電流范圍也將變大。同時，制造商可以利用漸進式電極壓力和上坡克服設備較差的問題。
如何處理有涂層的先進高強度鋼？
% O2 r3 B: e- r( h# B# r1 M/ n各種級別的先進高強度鋼，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。這個再加熱過程使鐵從底層中分離，以便擴散到涂層中。由于鐵和鋅合金的擴散，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散鐵，涂層中沒有游離鋅離子。
為了檢查涂層分別為HDGA和HDGI時，雙相鋼420/800的點焊性能是否存在差異，進行了一項研究，結果表明：鋼材表現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。現在通常的做法是要時常給電極頭敷料，這種做法并不高效。
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的電流范圍對汽車應用而言，足夠寬泛，不會出問題。
在大規模生產車用涂層鋼時，相比焊接無涂層鋼時的磨損率，焊接有涂層鋼的磨損率趨于加速，因為這是兩種機制。機制一：增加電極接觸范圍（被稱為蘑菇效應），導致電流密度降低和焊接尺寸縮小。
機制二：電極面腐蝕/孔蝕，是由涂層與銅合金電極的化學反應引起，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，汽車行業采用焊接控制器自動電極修整工具和/或焊接時間表來進行調整，比較典型的是增加焊接電流和/或電極的力。現在已出現了探討其他電極材料和幾何形狀對于提高電極的使用壽命的研究和開發。

改善斷裂模式
有些規格使用斷裂模式標準，來顯示在焊接先進高強度鋼時的焊接生產質量。在剝離和鑿焊測試過程中，結果會因整個焊點外觀和完成的界面斷裂而不同。
最近的實驗表明，先進高強度鋼焊接接頭的交叉拉伸剪切（CTS)強度可以通過使用焊后熱傳導的適當條件而改進。在傳統回火工藝中，焊點是在充分冷卻之后再回火的（即在焊點的馬氏體轉變完成之后）。與之不同的是，焊后熱傳導工藝只包含很短的冷卻時間。正因如此，焊后熱傳導工藝不會引起生產效率大幅下降。
在焊后熱傳導過程中，交叉拉伸剪切達到6個冷卻時間周期的峰值，且在焊后熱傳導時間增加后得到提升，即使冷卻時間增加到35個周期時也是如此。
現有的鋼材電阻點焊碳當量（CE）公式不能充分預測先進高強度鋼的焊接性能。焊接質量取決于多個變量，如厚度，強度，加載方式和焊接尺寸。因為沒有普遍接受的公式，使用任何一個碳當量公式是不可能的，用戶應基于自己的經驗發展自己的碳當量公式。
電阻焊數值模擬的優點是節省時間、降低產品開發的成本以及優化工藝。目前的建模技術可以預測焊接和焊后熱影響區域的溫度、微觀結構、壓力和硬度分布。商業建模軟件將考慮材料的類型、各種電流模式、機器的特性、電極的幾何形狀等。

hbfkhb6 · 發表于 2016-7-3 15:32:54

突然間發現真的好久沒有學習了

笑風笑 · 發表于 2018-7-29 09:42:22

進來學習

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