先进钢材电阻焊接的基本原则

寂静天花板 · 发表于 2016-6-30 19:57:28

当进行电阻焊接时，先进高强度钢板需要的电流，比普通低碳钢或高强度低合金钢需要的电流要少，因为合金成分使得先进高强度钢板的等级具备更高的电阻系数。因此，先进高强度钢板的电流强度不用增加，甚至可以根据材料成分降低电流强度。
通常，如果制造者第一次使用任何种类的先进高强度钢板(AHSS)时，比如，双相钢（DP）、相变诱导塑性刚(TRIP)、复相钢（CP）、马氏不锈钢（MS），都应该制定电阻点焊（RSW）时间表，这个时间表可以应用到低碳钢上，而且：
根据钢材的屈服强度(YS)，把电极压力增加大约20%或者更高。
• 酌情增加焊接时间（减少焊接电流）。
如果有证据证明这些转换不充足，再尝试一下以下的转换：
• 根据需要使用上坡和下坡。
• 使用多脉冲焊接时间表（几组电流脉冲，每两个之间有短暂冷却时间）。
•在焊接脉冲之后使用回火脉冲。
• 增加电极头直径大小。
• 增大最小焊点尺寸。
当进行电阻焊接时，先进高强度钢板需要的电流，比普通低碳钢或高强度低合金钢需要的电流要少，因为合金成分使得先进高强度钢板的等级具备更高的电阻系数。因此，先进高强度钢板的电流强度不用增加，甚至可以根据材料成分降低电流强度。

更严格的工艺窗口
与低碳钢相比，先进高强度钢的焊接窗口更紧密（焊接参数生成可接受的焊接点）。先进高强度钢的电阻点焊工艺窗口受到几个参数的影响，包括电极压力和焊接时间。由钢材生产者进行的调查发现，焊接电流增加的可接受范围为：每额外增加500N的电极压力，焊接电流平均增加500A（参见图1）。焊接时间每增加40毫秒，电流范围也平均增加250A，额外增加的电极压力和焊接时间导致电流范围增加，使得工艺窗口更宽。
对厚度为1.6毫米的三种（DP 340/590, 420/780 和 550/980）双相镀层钢板的广泛焊接研究表明，对这三种型号的钢材可采用相似的焊接行为。为描述电阻点焊的行为特点，人们进行了有效电流范围和静态焊接张力测试。有效电流范围是指产生最小焊点尺寸所需要的焊接电流与引起焊接金属喷溅的电流之间的差值。
焊接电流范围：DP340/590 和DP420/780：2.2 kA；DP550/980：2.5 kA.平均焊缝硬度：DP340/590：380HV；DP420/780和DP550/980：415HV。
此外，这三种双相钢的点焊硬度分布相似（参见图3）。研究还得出结论说，仅仅靠焊缝断裂模式并不能很好地说明焊接完整性及性能。在评判焊接完整性时，更重要的是要考虑断裂所承受的荷载。
另一项研究把1.6毫米厚的双相钢材420/700与相变诱导塑性刚420/700相比较。焊接时间循环18次所需的焊接电流范围，对双相钢来说是1.4kA, 相变诱导塑性刚是1.5kA.两种钢材的平均焊接硬度都是400HV。
该项研究得出结论为：在这两种级别的钢材上都可产生可接受的没有缺陷的焊点。而且这两种钢材都是采用焊接参数随时可焊。两种钢的焊接抗拉强度差异均较小，没有统计学意义。为先进高强度钢所制定的带脉冲电流文件的焊接时间表中包括有焊接电流范围，与低碳钢的类似。
供热率必须根据钢的厚度和级别改变。与特定厚度的低强钢相比，同样厚度的先进高强度钢可能需要的电流更少。相似的道理，与较厚的钢材相比，较薄的钢材需要的电流更少。在电阻点焊期间，根据钢材厚度控制供热率，这个控制级别就叫做热均衡。
对于特定级别的钢材来说，厚度的改变可能需要采用特定的焊接时间表来控制热均衡。由于先进高强度钢的电阻率较高，焊接熔核生长会优先发生在先进高强度钢在。由高体积电阻和高材料硬度引起的高温，有可能使先进高强度钢的电极寿命缩短。
通常，在焊接先进高强度钢时的电极寿命与低碳钢的相似，是因为先进高强度钢更高的体积电阻率对工作电流的需求较低。在生产过程中，先进高强度钢的高回弹，引起部分设备不好，增加的电极寿命可能被抵销。随着电极磨损，电极头直径增大，增大的电极头需要增加焊接电流和电极压力。此外，频繁给电极头敷料，将保持电极头的形状，并有助于得到可接受焊缝的一致性。
各种级别的先进高强度钢，其焊接电源可采用直流或交流。由于其单向连续电流的特性，中频直流（MFDC）比传统的交流有优势。这些特性有助于控制和引导接口处的热度。电流模式不会对焊接质量造成任何显著的差异。一些研究还表明，中频直流可以提高电极寿命。
然而，当厚度比超过2：1时，使用直流电可以获得一些优势，但是必须开发焊接实践以优化这些优势。人们还观察到的结果是在使用相同的二次焊接参数进行焊接时，使用直流电比使用交流电所产生的点焊熔核尺寸更大。焊接过程中，电流波形特征的差异会改变动态电阻，从而影响焊接熔核生长。
一些研究表明，当先进高强度钢有厚度差时，使用中频直流焊接可以改善热均衡和焊接工艺的健壮性。据报道，与交流电源相比，直流电源提供更好的功率因数和较低的功率消耗（约10%)。
先进高强度钢可用各种形状的(圆台形和穹顶形）焊接电极头和材料进行焊接（参见图4）。穹顶形电极能保证在较低电流的情况下也有足够多的焊点，因为在穹顶形电极的中心电流密度更高。穹顶形电极的曲线将有助于减小电极失准的影响。然而，如果没有经常给电极头敷料，在涂层钢上使用穹顶形电极有可能会缩短电极寿命。与圆台形电极相比，穹顶形电极因其圆形的边缘，产生表面裂纹的倾向性较小。
电阻焊接取决于双片之间的电阻。虽然优良一致的零件设备对所有电阻焊接都很重要，对于焊接先进高强度钢设备更关键，因为先进高强度钢的屈服强度和回弹效应增加了。在零件设备较差或不一致的情况下，推荐使用大型的圆台形电极来焊接先进高强度钢以及其它传统钢材。电极头尺寸增大，相应的接触区域也越大，这会导致电流密度降低，因此，电流范围也将变大。同时，制造商可以利用渐进式电极压力和上坡克服设备较差的问题。
如何处理有涂层的先进高强度钢？
. e& A' o5 f5 L各种级别的先进高强度钢，都有商用的镀锌板和锌铁合金锌镀层板涂层。锌铁合金锌镀层板涂层，是通过把钢铁在熔融液中浸过之后，马上把镀上锌的钢材在840~1100华氏度的温度中再加热而得到的。这个再加热过程使铁从底层中分离，以便扩散到涂层中。由于铁和锌合金的扩散，最终的涂层中包含大约90%的锌、10%的铁。由于涂层中有锌合金和扩散铁，涂层中没有游离锌离子。
为了检查涂层分别为HDGA和HDGI时，双相钢420/800的点焊性能是否存在差异，进行了一项研究，结果表明：钢材表现出类似的整体焊接性能，可以忽略涂层因素。然而，HDGA涂层的钢材只需较低的焊接电流来形成最小的熔核尺寸。现在通常的做法是要时常给电极头敷料，这种做法并不高效。
HDGA涂层的焊接电流范围要大于HDGI涂层。然而，比起HDGA涂层所需要的2.2kA电流范围，HDGI涂层需要的1.6kA的电流范围对汽车应用而言，足够宽泛，不会出问题。
在大规模生产车用涂层钢时，相比焊接无涂层钢时的磨损率，焊接有涂层钢的磨损率趋于加速，因为这是两种机制。机制一：增加电极接触范围（被称为蘑菇效应），导致电流密度降低和焊接尺寸缩小。
机制二：电极面腐蚀/孔蚀，是由涂层与铜合金电极的化学反应引起，形成不同的黄铜层。这些黄铜层易于在电极的边缘分解并被挤出。
为了克服此电极磨损问题，汽车行业采用焊接控制器自动电极修整工具和/或焊接时间表来进行调整，比较典型的是增加焊接电流和/或电极的力。现在已出现了探讨其他电极材料和几何形状对于提高电极的使用寿命的研究和开发。

改善断裂模式
有些规格使用断裂模式标准，来显示在焊接先进高强度钢时的焊接生产质量。在剥离和凿焊测试过程中，结果会因整个焊点外观和完成的界面断裂而不同。
最近的实验表明，先进高强度钢焊接接头的交叉拉伸剪切（CTS)强度可以通过使用焊后热传导的适当条件而改进。在传统回火工艺中，焊点是在充分冷却之后再回火的（即在焊点的马氏体转变完成之后）。与之不同的是，焊后热传导工艺只包含很短的冷却时间。正因如此，焊后热传导工艺不会引起生产效率大幅下降。
在焊后热传导过程中，交叉拉伸剪切达到6个冷却时间周期的峰值，且在焊后热传导时间增加后得到提升，即使冷却时间增加到35个周期时也是如此。
现有的钢材电阻点焊碳当量（CE）公式不能充分预测先进高强度钢的焊接性能。焊接质量取决于多个变量，如厚度，强度，加载方式和焊接尺寸。因为没有普遍接受的公式，使用任何一个碳当量公式是不可能的，用户应基于自己的经验发展自己的碳当量公式。
电阻焊数值模拟的优点是节省时间、降低产品开发的成本以及优化工艺。目前的建模技术可以预测焊接和焊后热影响区域的温度、微观结构、压力和硬度分布。商业建模软件将考虑材料的类型、各种电流模式、机器的特性、电极的几何形状等。

hbfkhb6 · 发表于 2016-7-3 15:32:54

突然间发现真的好久没有学习了

笑风笑 · 发表于 2018-7-29 09:42:22

进来学习

		自动登录	找回密码
密码			注册会员

先进钢材电阻焊接的基本原则

相关帖子