浙江至德鋼業(yè)有限公司從接頭的拉剪力、熔核的微觀(guān)組織、動(dòng)態(tài)電阻曲線(xiàn)和焊接性范圍4個(gè)方面,對比分析雙相鋼透膠膠焊和電阻點(diǎn)焊的接頭性能.結果表明,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時(shí)應選擇比電阻點(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。

 現代汽車(chē)車(chē)身的輕量化需求,使得汽車(chē)板的主要發(fā)展趨勢是以雙相鋼為代表的先進(jìn)高強度鋼板的大量使用。點(diǎn)焊一直以來(lái)都是車(chē)身焊接中運用最為廣泛的焊接技術(shù).然而,在使用傳統點(diǎn)焊焊接先進(jìn)高強鋼時(shí)出現了種種問(wèn)題.例如,高強鋼點(diǎn)焊時(shí)易出現飛濺、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)處存在很大的應力集中,嚴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)氧基結構膠的出現,使得膠粘技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)始逐步獲得應用.膠粘技術(shù)具有連接處應力分布均勻、疲勞壽命增加、減重和易于任意材料和復雜結構的板材連接等特點(diǎn).但環(huán)氧基結構膠的脆性較大,在沖擊載荷作用下易發(fā)生斷裂失效,低溫下靜載強度顯著(zhù)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),出現了膠焊技術(shù)(膠粘和電阻點(diǎn)焊相結合的一種復合連接技術(shù)),已經(jīng)在航空航天和汽車(chē)制造等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛應用.對于汽車(chē)制造來(lái)說(shuō),膠層的存在,克服了點(diǎn)焊的缺點(diǎn),其應力分布均勻,疲勞強度高,減小了界面撕裂,減震能力強,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,低溫、潮濕環(huán)境下仍有較高的靜載強度。它適合于各種有機涂層或金屬涂層低碳鋼、高強鋼、鋁合金和復合材料等之間的連接。根據工藝順序不同,可把膠焊工藝分為兩種類(lèi)型:毛細作用膠焊(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)氧基結構膠)的微觀(guān)結構和焊接質(zhì)量,提出毛細作用膠焊工藝比透膠膠焊具有更好的微觀(guān)結構,且更經(jīng)濟。但毛細作用膠焊技術(shù)對工藝要求高,不易實(shí)現自動(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)法改善高強鋼點(diǎn)焊的問(wèn)題.因此,目前透膠膠焊應用最為廣泛.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)獲得廣泛應用,必須要深入分析膠焊接頭性能相對于普通點(diǎn)焊的不同點(diǎn).文中從接頭的拉剪強度、熔核的微觀(guān)組織、動(dòng)態(tài)電阻曲線(xiàn)和焊接性范圍4個(gè)方面,深入對比分析雙相鋼透膠膠焊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)膠焊)和電阻點(diǎn)焊的接頭性能,為膠焊技術(shù)的焊接工藝參數制定提供了參考。

一、試驗方法

 試驗采用厚度為0.75mm的雙相鋼DP600,屬于先進(jìn)高強鋼,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% ，試驗分別對這種鋼板進(jìn)行等厚鋼板的膠焊和點(diǎn)焊,使用相同的焊接工藝參數，膠焊工藝中使用的膠粘劑是環(huán)氧樹(shù)脂結構膠.焊件尺寸及搭接長(cháng)度見(jiàn)圖。

 膠焊的工藝方法主要有兩種: 毛細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,為深入分析膠層對焊接強度的影響,采用的是透膠膠焊工藝。同時(shí)為便于對比分析膠焊接頭的焊接強度與點(diǎn)焊接頭的不同,焊后直接對膠焊試樣進(jìn)行拉伸試驗,取消了膠層固化工藝，拉伸試驗下的膠焊接頭如圖所示。

二、試驗結果與對比分析

 1. 拉剪力對比

  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(xiàn)見(jiàn)圖。在此,拉剪力定義為試樣在拉剪試驗中的載荷-位移曲線(xiàn)所對應的峰值載荷.當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(zhù)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下的膠焊和點(diǎn)焊的拉剪力對比可看出,在小電流情況下,膠焊的拉剪力要普遍高于點(diǎn)焊,且隨著(zhù)焊接時(shí)間的延長(cháng),其差值有所增加.這是因為鋼板搭接面上絕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)生嚴重的焊接飛濺,破壞了熔核的生長(cháng).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)對應的電流值.此電流值是隨著(zhù)焊接時(shí)間的延長(cháng)而逐漸減小的。

 2. 焊接性范圍對比

  依據上節膠焊、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(xiàn),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拉剪力的等強度線(xiàn)為標準確定的,如果焊接參數的選擇小于左邊界,則焊點(diǎn)拉剪力達不到要求.焊接性范圍右邊界是以產(chǎn)生飛濺為標準來(lái)確定的.如果焊接參數的選擇大于右邊界,則認為飛濺程度過(guò)大,拉剪力將下降。至德鋼業(yè)通過(guò)膠焊與點(diǎn)焊的焊接性范圍對比可發(fā)現: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)生飛濺現象.

 3. 焊接過(guò)程動(dòng)態(tài)電阻曲線(xiàn)對比

 膠焊和點(diǎn)焊焊點(diǎn)拉剪力的對比結果,可以通過(guò)其對應焊接過(guò)程中的動(dòng)態(tài)電阻曲線(xiàn)進(jìn)行分析闡述。由圖可見(jiàn),由于不導電的膠層存在,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)生嚴重的飛濺,液態(tài)金屬的噴濺導致焊點(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(guān)組織對比

  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(guān)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,達到5.36mm,如圖6c,d所示.但是由于10kA電流下膠焊已經(jīng)發(fā)生嚴重飛濺,熔核周?chē)牟糠帜z和金屬?lài)姙R出來(lái),且壓痕較深,鋼板變薄,最終使得點(diǎn)焊的接頭強度反而高于膠焊接頭。

三、結論

 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)生嚴重的焊接飛濺,破壞了熔核的生長(cháng),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時(shí)應選擇比電阻點(diǎn)焊偏低的焊接電流,而適度增加預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。