黃治軍 陳 宇 張 萍

（武鋼研究院 湖北 武漢：430080）

高鋁高強汽車用鋼的電阻點焊試驗研究

黃治軍 陳 宇 張 萍

（武鋼研究院 湖北 武漢：430080）

采用常規(guī)點焊工藝，對用于生產TRIP700及DP700汽車板的1.5mm厚的高Al高強鋼冷軋原板進行了電阻點焊試驗，得到了合格的點焊強度及破裂模式，說明其有良好的電阻焊性能。焊點的金相組織為馬氏體。剝離試驗與拉剪試驗焊點失效模式有一定的差異。該鋼合金含量較高，點焊工藝窗口較窄。

高Al；高強鋼；電阻點焊

0 前 言

使用高強鋼是汽車輕量化的一個重要途徑。而在高強鋼中，相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）及雙相鋼（DP鋼）因其具有優(yōu)良的強塑性而備受青睞。TRIP鋼具有高強度及高延性，早期的TRIP鋼含有較多的Ni及Cr元素，成本較高，由此導致Si－Mn合金系及含Al－Nb系TRIP鋼的開發(fā)。TRIP鋼通過冷軋連續(xù)退火得到的，其室溫組織主要由鐵素體、貝氏體以及殘余奧氏體三相構成。DP鋼室溫組織主要由鐵素體和馬氏體構成，鐵素體為基體相，島狀馬氏體分布于其上。軟的鐵素體賦予DP鋼優(yōu)良的塑性，硬的馬氏體則賦予其高的強度［1，2］。兩種鋼可以采用相同化學成分的冷軋鋼經不同的熱處理工藝軋制而成。如DP鋼經780℃臨界退火5分鐘，再水淬至室溫制成；TRIP鋼經780℃臨界退火5min，在400℃保溫5min，再空冷至室溫制成。

TRIP鋼及DP鋼在應用時需要進行點焊，用于生產TRIP鋼和DP鋼的冷軋原板也是需要焊接的。后者發(fā)生在軋制時進行連續(xù)退火處理前，為了實現連續(xù)生產而進行的鋼卷與鋼卷的連接。電阻縫焊是主要的連接方式之一，其與電阻點焊的原理基本相同。

對于高強鋼電阻點焊，由于合金元素含量的增加，一方面，在同樣焊接電流下，因焊接處電阻增加將產生更多熱量；另一方面，在點焊快速冷卻條件下，焊后焊點產生淬硬組織的傾向大為增加。同時，因為鋼質較硬，焊接處不易變形，難以對熔化的焊核形成較好的包裹，飛濺傾向增加，焊點產生縮孔等的傾向增加［3］。對于含Al的TRIP鋼，有DP600鋼的點焊報道［4］。DP600含Al量為約0.84%，其雖有較好的點焊性能，但已顯示出點焊性能不如普通鋼種的傾向。但對于具有更高Al含量的700MPa級TRIP鋼，目前已開展的研究不多。因此對冷軋原板進行電阻點焊試驗，對于TRIP鋼及DP鋼的生產和應用具有一定的指導作用。

1 點焊試驗條件及工藝

試驗鋼厚度為1.5mm，化學成分如表1所示。試驗采用DZ－3×40三相次級整流點焊機，和工頻交流焊機相比，該機焊接電流更為平穩(wěn)，焊接過程較為穩(wěn)定，焊接高強鋼，更容易得到合格質量的焊點。電極為球面型，端部直徑為7mm。

表1 試驗鋼的化學成分（wt%）

試驗參數設置從焊點尺寸不足（此處為界面型開裂）直到產生飛濺。每個參數進行一次焊接試驗，觀察焊接飛濺情況，并進行剝離試驗。正如所設計的那樣，在焊接試驗過程中，焊接電流由大到小時，有明顯的飛濺區(qū)、無飛濺且焊點合格區(qū)及無飛濺焊點不合格區(qū)。采用既無飛濺又有足夠焊點尺寸的參數焊接焊點拉剪試樣。

所有試樣焊接時間為0.2秒，焊接壓力為30kN，實際焊接電流及焊接工藝現象如表2所示。

表2 實際焊接工藝參數

2 焊點剝離試驗及拉伸試驗

焊點剝離試驗結果如表2所示。分別以剝離試驗結果較好的2、3、4號參數焊接拉剪試樣，分別得到8a、8b（見圖1（a））、8c，9a、9b、9c（見圖1（b））及10a、10b、10c（見圖1（c））試樣。并對8a、8b、9a、9b及（10a、10b）進行拉伸試驗。拉剪后的試樣如圖1所示，拉剪試驗結果如表3所示。9a、9b及10a、10b樣均出現了扣／孔式模式，為傳統(tǒng)意義上合格的焊點。但8a、8b試樣則沒有出現，說明剝離試驗結果與拉剪試樣結果有一定的差別，說明剝離試驗與拉剪試驗受力情況的差別會使焊點失效模式產生差別。若以拉剪試驗結果判斷，合適的電流范圍變小。由于試驗所選取的電流變化幅度較大（本試驗約為400A～500A），因此若想得到比較精確的電流范圍，需減少電流的變化幅度。

圖1 點焊接頭拉伸試樣

表3 點焊拉剪試驗結果

可以看出，（10a、10b）試樣拉斷力最大，平均為24030N；（9a、9b）試樣平均為22818N；（8a、8b）試樣最小，平均為21818N。（8a、8b）試樣的拉剪力比（10a、10b）的低約10%。

3 焊點金相分析

選擇8c、9c及10c進行焊點金相分析。從直徑處剖開焊點，觀察焊點截面宏觀形貌，并分析焊點焊核、過熱區(qū)、正火區(qū)及母材組織。三個試樣焊點各區(qū)的組織基本相同，圖2展示了三個試樣焊點的宏觀形貌，只展示了9c樣各區(qū)金相組織。

可以看出，三個焊點成形良好，熔核均勻規(guī)則，熔核外有較好的包裹層，焊點中無明顯缺陷。熔核中可見明顯的晶粒生長方向，即沿與電極基本平行的方向、也即冷速最快的方向生長，在焊核中心會合，在會合處可見明顯的交會線。交會線是焊核較易出現缺陷、因而也是較薄弱的部位，尤其是對于高強鋼。如若產生焊點界面斷裂，往往發(fā)生于此部位，斷裂界面平整（8a及8b試樣）。

焊核、熱影響區(qū)及正火區(qū)組織均為馬氏體，但其組織仍顯示一定的差異。馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒有時間擴散出晶胞。當奧氏體到達馬氏體轉變溫度（Ms）時，馬氏體轉變開始產生。隨著溫度進一步降低，更多的奧氏體才轉變?yōu)轳R氏體，直到溫度達到馬氏體轉變結束溫度Mf。馬氏體還可以在壓力作用下形成。因此，馬氏體轉變可以通過熱量和壓力兩種方法進行。在焊接過程中，焊核溫度最高，部分產生熔化，其次是過熱區(qū)，因此這個區(qū)域的晶粒長大較為明顯。

圖2 焊點金相分析

由于電阻點焊與電阻縫焊原理基本相同，點焊試驗的成功意味著只要焊接工藝適當（與此文點焊相對應的工藝），縫焊也是可以成功的。

4 結 論

（1）采用合適的點焊工藝焊接700MPa級高Al高強汽車用鋼，可以得到合格的點焊質量，但工藝窗口變窄；

（2）該鋼合金元素含量較高，在點焊快速加熱和冷卻的條件下，點焊接頭金相組織為馬氏體；

（3）由于焊點受力方向不同，剝離試驗與拉剪試驗產生的焊點失效模式可能會顯現出一定的差異。

［1］ R.Zubiadle，J.M.Rodriguez and J.Belzunce，etc.Influence of annealing cycle parameters on final microstructure and mechanical properties of a new experimental low alloyed TRIP steel grade［C］.2nd Super high strength international conference，October 17～22，2010，Verona.

［2］ 張繼誠，符仁鈺，張 梅.相同成分DP鋼和TRIP鋼部分力學性能的比較［J］.熱加工工藝，2006，35（22）：13－16.

［3］ Stefan Schreiber，Steffen Keitel and Reinhard Winkler，etc.Resistance welding of high strength steels combination［C］.2nd Super high strength international conference，October 17～22，2010，Verona.

［4］ 龔 濤，繆 凱，王 輝，等.600MPa級高Al冷軋雙相鋼的點焊工藝研究［J］.電焊機，2011，41（4）：65－68.

Research to Resistance Spot Welding of High Strength Automobile Steel with High Al

HUANG Zhijun CHEN Yu ZHANG Ping

Resistance spot welding experiment of 1.5mm thick high strength steel with high Al for TRIP700and DP700production is carried out.By using ordinary welding technology，qualified welding strength and failure mode are obtained，which indicates good resistance welding property.The microstructures of the welded joint are martensite.The failure modes are somewhat different for peeling test and tensile shear test.This steel has narrower welding lobe because of its higher alloy content.

high Al；high strength；resistance spot welding

TG113.26＋3

A

1671－3524（2012）03－0018－03

（責任編輯：李文英）

2012－08－07

黃治軍（1965～），男，正高級工程師.E－mail：zhijhuang＠163.com