热成形板的点焊工艺研究

热成形板的点焊工艺研究

文／宿东坤，龙曲波·东风(武汉)实业有限公司

汽车轻量化是未来汽车发展的主要方向，而高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面具有明显的优势，能够满足汽车轻量化和提高碰撞安全性能的双重需要，从成本与性能角度来看，是满足车身轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。钢板材料随着技术的进步，从普通板材、高强度板、超高强度板到热成形板，其屈服强度从不足200MPa发展到目前超过1500MPa。热成形板材越来越多的应用到汽车上，包括A柱、B柱、保险杠、纵梁、通道、前地板、侧围等，如图1所示。

图1 轿车使用热成形板材部位

热成形钢具有强度高、加工性能好等优良的综合性能，从而得到世界各国的大力开发和研究，成为车用钢板的热门材料。东风（武汉）实业有限公司的热成形工厂是国内顶尖的热成形生产企业。目前向神龙、东风、本田、雷诺、日产等多个整车生产厂家供货。

设计背景

热成形板材在性能上有诸多优点，如极高的材料强度及延展性，很好的材料成形准确度等。但是这种钢材在相互焊接方面存在困难，主要体现在焊接强度与焊点外观难以控制，焊接强度与焊接参数之间没有形成曲线规律。而各个主机厂对于超高强度板材在焊接方面的研究仍然不充分。为了能够找到选择合适参数的方法，我公司通过大量的实验来验证合适的参数。实验的钢板为阿赛洛产的22MnB5热轧钢板，其力学性能见表1，化学成分见表2。

表1 22MnB5钢的力学性能

参数 σb/MPa σs/MPa δ(%)数值 1550 1286 6.5

表2 22MnB5钢的化学成分（%）

化学元素 C Mn B Si Cr S P成分 0.21 1.35 0.0033 0.28 0.23 0.004 0.0055

焊核显微组织图

焊接后把焊点沿直径切开，如图2所示，组织形貌由母材(BM)、热影响区(HAZ)及焊核区(WNZ)三部分组成，图2中d为焊核的显微组织。

确定参数范围

首先，根据电流强弱，给出三组参数，见表3。电阻点焊实验设备采用固定式点焊机，型号是DN-200，电极端面直径为8mm。采用25mm×100mm的试片，厚度为1.76mm，长度方向的搭接长度为25mm。

表3 三组焊接参数

分组 焊接电流/kA 焊接时间/ms 焊接压力/N 预压时间/ms 保持时间/ms y 8.5 200 4200 600 300 z 6.5 400 4200 600 300 r 5.5 1000 4200 600 300

图2 焊核切面

r规范的加热速度小，温度上升梯度小，保温时间长，加热过程WNZ区对HAZ区传递的热量多，因此冷却时焊核区WNZ冷却的速率降低，当提高焊接电流、减小焊接时间即采用y规范时，加热速度大、温度上升梯度大、保温时间短、加热过程焊核区对HAZ区传递的热量少，因此冷却时焊核区冷却的速率相对较高。

加热速度越快，过热度越大，奥氏体A实际形成温度越高，形核率大于长大速度，使A体晶粒越细小；冷却时形成M晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小，冷却速度越快，过冷度越大，则二者比值越大，因而形成的马氏体晶粒越细小；保温时间越长，A体细化后仍有足够长时间长大，在冷却后M体晶粒越大；综合分析可知：对热冲压高强钢，选取的焊接规范越强，冷却后形成的马氏体板条越小。

通过实验对比三种焊接后的实际性能表现，如图3所示。很明显，采取z规范的试样剪切力和十字拉伸力所获得的结果较r、y两种规范好。后面我们围绕z规范继续做实验。

制定精确参数

图3 实验数据对比

对6组试样点焊的焊核金相采集。金相显微组织均为马氏体组织，但是5号试样马氏体较为均匀，力学性能较好；1号试样中马氏体较为粗大且不均匀；6号试样马氏体为针状，性能不好。剪切力实验数据显示，5号试样的剪切力最大，1号试样剪切力最小，由大到小的顺序依次为：5号、2号、3号、6号、4号、1号。围绕z规范制定了下面6组参数，见表4。实验分析得出结论，厚度为1.76mm的热成形板之间的点焊最佳工艺参数为试样5的参数，即焊接电流6.7kA，焊接时间360ms，焊接压力4200N。

表4 六组焊接参数

试样编组标号焊接电流/kA焊接时间/ms焊接压力/N 成形现象1 6.3 440 4200 内部飞溅2 6.4 420 4200 无飞溅3 6.5 400 4200 内部飞溅4 6.6 380 4200 内部飞溅5 6.7 360 4200 无飞溅6 6.8 340 4200 内部飞溅

结束语

本次实验只是给出了一种热成形板材焊接的实验方法，可以通过这种方法来确定热成形板的焊接参数。本次实验的结论仅适用于1.76mm的热成形板之间的焊接，对于其他板厚、或者不同材质板材之间的焊接，仍然需要大量的实验来确定。