浙江至德鋼業(yè)有限公司從接頭的拉剪力、熔核的微觀組織、動(dòng)態(tài)電阻曲線和焊接性范圍4個(gè)方面,對(duì)比分析雙相鋼透膠膠焊和電阻點(diǎn)焊的接頭性能.結(jié)果表明,膠焊熔核開(kāi)始形成時(shí)間提前于點(diǎn)焊,使得在小電流情況下膠焊的焊點(diǎn)拉剪力要普遍高于點(diǎn)焊;膠焊在中等電流情況下便會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重飛濺,使得在大電流情況下點(diǎn)焊焊點(diǎn)拉剪力要更高些。因此,在制定膠焊的焊接工藝參數(shù)時(shí)應(yīng)選擇比電阻點(diǎn)焊偏低的焊接電流,而適度增加焊接過(guò)程的電極力有利于抑制飛濺產(chǎn)生。

 現(xiàn)代汽車車身的輕量化需求,使得汽車板的主要發(fā)展趨勢(shì)是以雙相鋼為代表的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的大量使用。點(diǎn)焊一直以來(lái)都是車身焊接中運(yùn)用最為廣泛的焊接技術(shù).然而,在使用傳統(tǒng)點(diǎn)焊焊接先進(jìn)高強(qiáng)鋼時(shí)出現(xiàn)了種種問(wèn)題.例如,高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊時(shí)易出現(xiàn)飛濺、焊接性范圍較窄和界面撕裂等問(wèn)題;還有點(diǎn)焊本身的缺點(diǎn),如焊點(diǎn)處存在很大的應(yīng)力集中,嚴(yán)重影響了焊接接頭的疲勞性能。NVH(noise,vibrationandharshness)技術(shù)的迅速發(fā)展和環(huán)氧基結(jié)構(gòu)膠的出現(xiàn),使得膠粘技術(shù)在汽車領(lǐng)域開(kāi)始逐步獲得應(yīng)用.膠粘技術(shù)具有連接處應(yīng)力分布均勻、疲勞壽命增加、減重和易于任意材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的板材連接等特點(diǎn).但環(huán)氧基結(jié)構(gòu)膠的脆性較大,在沖擊載荷作用下易發(fā)生斷裂失效,低溫下靜載強(qiáng)度顯著下降,使得膠粘技術(shù)的普及受到了諸多限制。

 綜合以上兩種連接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),出現(xiàn)了膠焊技術(shù)(膠粘和電阻點(diǎn)焊相結(jié)合的一種復(fù)合連接技術(shù)),已經(jīng)在航空航天和汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用.對(duì)于汽車制造來(lái)說(shuō),膠層的存在,克服了點(diǎn)焊的缺點(diǎn),其應(yīng)力分布均勻,疲勞強(qiáng)度高,減小了界面撕裂,減震能力強(qiáng),無(wú)需密封工藝。焊點(diǎn)的存在,克服了膠粘的缺點(diǎn),其抗沖擊能力強(qiáng),低溫、潮濕環(huán)境下仍有較高的靜載強(qiáng)度。它適合于各種有機(jī)涂層或金屬涂層低碳鋼、高強(qiáng)鋼、鋁合金和復(fù)合材料等之間的連接。根據(jù)工藝順序不同,可把膠焊工藝分為兩種類型:毛細(xì)作用膠焊(先點(diǎn)焊,后塞膠,最后固化)和透膠膠焊(先涂膠,后點(diǎn)焊,最后固化)。研究了毛細(xì)作用膠焊和透膠膠焊兩種工藝下試樣(1.5mm低碳鋼,低聚物環(huán)氧基結(jié)構(gòu)膠)的微觀結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量,提出毛細(xì)作用膠焊工藝比透膠膠焊具有更好的微觀結(jié)構(gòu),且更經(jīng)濟(jì)。但毛細(xì)作用膠焊技術(shù)對(duì)工藝要求高,不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,同時(shí)由于它僅僅是點(diǎn)焊和膠粘技術(shù)的疊加,無(wú)法改善高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊的問(wèn)題.因此,目前透膠膠焊應(yīng)用最為廣泛.但是由于鋼板搭接面上絕緣膠層的存在,使得鋼板間的接觸狀態(tài)和焊接的導(dǎo)電性和傳熱性均發(fā)生變化,因此透膠膠焊中的點(diǎn)焊要不同于普通點(diǎn)焊.為了使透膠膠焊技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用,必須要深入分析膠焊接頭性能相對(duì)于普通點(diǎn)焊的不同點(diǎn).文中從接頭的拉剪強(qiáng)度、熔核的微觀組織、動(dòng)態(tài)電阻曲線和焊接性范圍4個(gè)方面,深入對(duì)比分析雙相鋼透膠膠焊(以下簡(jiǎn)稱膠焊)和電阻點(diǎn)焊的接頭性能,為膠焊技術(shù)的焊接工藝參數(shù)制定提供了參考。

一、試驗(yàn)方法

 試驗(yàn)采用厚度為0.75mm的雙相鋼DP600,屬于先進(jìn)高強(qiáng)鋼,其化學(xué)成分為:碳：0.11%、錳：1.53%、硅：0.201%、鋁：0.031%、鈦：0.018%、硫：0.010%、磷：0.12% ，試驗(yàn)分別對(duì)這種鋼板進(jìn)行等厚鋼板的膠焊和點(diǎn)焊,使用相同的焊接工藝參數(shù)，膠焊工藝中使用的膠粘劑是環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠.焊件尺寸及搭接長(zhǎng)度見(jiàn)圖。

 膠焊的工藝方法主要有兩種: 毛細(xì)作用膠焊和透膠膠焊.前者是先點(diǎn)焊后塞膠最后固化膠層,后者是先涂膠再點(diǎn)焊最后固化膠層。毛細(xì)作用膠焊僅僅是點(diǎn)焊和膠粘的疊加,其焊接過(guò)程與點(diǎn)焊一致，目前常用的透膠膠焊,由于在點(diǎn)焊之前鋼板搭接面上已經(jīng)有膠層,所以其焊接過(guò)程明顯不同于點(diǎn)焊.在此,為深入分析膠層對(duì)焊接強(qiáng)度的影響,采用的是透膠膠焊工藝。同時(shí)為便于對(duì)比分析膠焊接頭的焊接強(qiáng)度與點(diǎn)焊接頭的不同,焊后直接對(duì)膠焊試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),取消了膠層固化工藝，拉伸試驗(yàn)下的膠焊接頭如圖所示。

二、試驗(yàn)結(jié)果與對(duì)比分析

 1. 拉剪力對(duì)比

  不同焊接時(shí)間下,膠焊和點(diǎn)焊的焊點(diǎn)拉剪力與焊接電流的關(guān)系曲線見(jiàn)圖。在此,拉剪力定義為試樣在拉剪試驗(yàn)中的載荷-位移曲線所對(duì)應(yīng)的峰值載荷.當(dāng)焊接電流不斷增加時(shí),膠焊與點(diǎn)焊的焊點(diǎn)拉剪力均顯著增加.并且點(diǎn)焊拉剪力的增加速率要明顯高于點(diǎn)焊。從相同焊接工藝參數(shù)下的膠焊和點(diǎn)焊的拉剪力對(duì)比可看出,在小電流情況下,膠焊的拉剪力要普遍高于點(diǎn)焊,且隨著焊接時(shí)間的延長(zhǎng),其差值有所增加.這是因?yàn)殇摪宕罱用嫔辖^緣性的膠層阻礙了電極力作用下兩鋼板之間的接觸面積,增加了焊接時(shí)的電流密度,使得膠焊在小電流情況下相對(duì)于點(diǎn)焊容易產(chǎn)生更多的熱量,便于熔核的快速形成.相反,在大電流情況下點(diǎn)焊的拉剪力比膠焊要高.由于膠焊的熱量積聚過(guò)于迅速,在中等電流情況下就已經(jīng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接飛濺,破壞了熔核的生長(zhǎng).而點(diǎn)焊要在更大的電流情況下才會(huì)發(fā)生一定程度的飛濺。因此,在相同的焊接時(shí)間下,必然存在一個(gè)電流值使得膠焊與點(diǎn)焊的拉剪力恰好相等，即圖中交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流值.此電流值是隨著焊接時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小的。

 2. 焊接性范圍對(duì)比

  依據(jù)上節(jié)膠焊、點(diǎn)焊工藝中的焊接電流和焊接時(shí)間與拉剪力的關(guān)系曲線,可分別確定以焊接電流與焊接時(shí)間為變量的DP600膠焊與點(diǎn)焊的焊接性范圍,如圖4所示.其中,焊接性范圍的左邊界是以8kN拉剪力的等強(qiáng)度線為標(biāo)準(zhǔn)確定的,如果焊接參數(shù)的選擇小于左邊界,則焊點(diǎn)拉剪力達(dá)不到要求.焊接性范圍右邊界是以產(chǎn)生飛濺為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定的.如果焊接參數(shù)的選擇大于右邊界,則認(rèn)為飛濺程度過(guò)大,拉剪力將下降。至德鋼業(yè)通過(guò)膠焊與點(diǎn)焊的焊接性范圍對(duì)比可發(fā)現(xiàn):一方面,膠焊的左邊界要比點(diǎn)焊向左邊偏移,即在小電流情況下,膠焊相對(duì)于點(diǎn)焊更易獲得較大的焊點(diǎn)拉剪力;另一方面,膠焊的右邊界亦向左偏移,即在較高的焊接電流下,膠焊更易產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象.

 3. 焊接過(guò)程動(dòng)態(tài)電阻曲線對(duì)比

 膠焊和點(diǎn)焊焊點(diǎn)拉剪力的對(duì)比結(jié)果,可以通過(guò)其對(duì)應(yīng)焊接過(guò)程中的動(dòng)態(tài)電阻曲線進(jìn)行分析闡述。由圖可見(jiàn),由于不導(dǎo)電的膠層存在,使得膠焊在焊接初始階段的電阻值要明顯高于點(diǎn)焊,因此在小電流情況下膠焊焊接過(guò)程中的熱量積聚較快,進(jìn)而鋼板的升溫時(shí)間、局部熔化(熔核開(kāi)始形成)時(shí)間要提前于點(diǎn)焊.另一方面,當(dāng)焊接電流較大時(shí),如圖所示。膠焊的熱量非常大,在焊接的后半階段,極易產(chǎn)生嚴(yán)重的飛濺,液態(tài)金屬的噴濺導(dǎo)致焊點(diǎn)拉剪力的明顯下降,最終,使得點(diǎn)焊的拉剪力反而會(huì)高于膠焊。

 4. 熔核微觀組織對(duì)比

  從小電流和大電流兩種情況下膠焊和點(diǎn)焊焊點(diǎn)的熔核微觀組織中可看出: 在8kA焊接電流下膠焊的熔核尺寸為4.96mm,而點(diǎn)焊熔核內(nèi)部有氣孔,且尺寸只有4.33mm,如圖6a,b所示;在10kA電流下膠焊的熔核尺寸與點(diǎn)焊熔核尺寸相當(dāng),達(dá)到5.36mm,如圖6c,d所示.但是由于10kA電流下膠焊已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重飛濺,熔核周圍的部分膠和金屬噴濺出來(lái),且壓痕較深,鋼板變薄,最終使得點(diǎn)焊的接頭強(qiáng)度反而高于膠焊接頭。

三、結(jié)論

 1. 由于膠焊焊接雙相鋼過(guò)程中的熱量積聚較快,熔核開(kāi)始形成時(shí)間提前于點(diǎn)焊,使得在小電流情況下膠焊的焊點(diǎn)拉剪力要普遍高于點(diǎn)焊。

 2. 由于膠焊的熱量積聚過(guò)于迅速,在中等電流情況下就已經(jīng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的焊接飛濺,破壞了熔核的生長(zhǎng),而點(diǎn)焊要在更大的電流情況下才會(huì)發(fā)生一定程度的飛濺。使得在大電流情況下點(diǎn)焊焊點(diǎn)拉剪力要更高些。

 3. 在制定膠焊的焊接雙相鋼工藝參數(shù)時(shí)應(yīng)選擇比電阻點(diǎn)焊偏低的焊接電流,而適度增加預(yù)壓階段的電極力能有效降低雙相鋼板間接觸電阻,保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定,而增大焊接過(guò)程后半階段的電極力,則有利于抑制飛濺產(chǎn)生。