傅 延 安 ，张 红 ，潘 华
(宝钢股份公司技术中心，上海201900)
摘要:文章对宝钢开发的冷札热镀锌双相高强钢电队点焊性能作了评估，经过试验得到合
适的焊接工艺范围及相应的力学性能。同时，分析比较了镀层对焊点力学性能的影响。
关键词:电阻点焊;高强钢;力学性能;热镀锌
Research on Mechanical Behavior of Welding Spot of
High-Strength Galvanized Sheet with Dua】一Phase
FU Yan-an ZHANGHong PAN Hua
(Baosteel Technology Center,Shanghai 201900，China)
Abstract:The weldability of high-strengthg alvanized sheet steel with dual phase，which is newly developed by Baosteel，is evaluated.Suitable range of welding spot parameters iso btained and mechanical
behavior is studied.Effect of the coating on the mechanical behavior is analyzed.
Key Words:spot welding,high-strengths teel，mechanicalb ehavior,ho tga lvanizing
1 前言
双相高强 钢由低碳钢和低碳低合金钢经临界区处理或控制轧制而得到，主要由铁素体和马氏体组成。具有屈服强度低、初始加工硬化速率高、在加工硬化和屈服强度上表现高应变速率敏感性以及强度和延性配合好等特点。
双相高强 钢应用到汽车上将明显减轻汽车的自重，提高汽车的抗冲撞性，这将大大提高汽车的安全系数。它是汽车工业的发展及采用高强度、高成形性板材的直接结果。
通过表面处理技术的不断提高，钢板耐蚀性的趋势又导致热镀锌双相钢的产生，这对焊接工艺提出了挑战。
2 热镀锌双相高强钢点焊性的分析
2.1 双相高强钢点焊性的分析
双相高强钢属低碳钢。它具有电阻率适中，需要的焊机功率不大;碳与微量元素含量低，无高熔点氧化物，一般不产生淬火组织或夹杂物;结晶温度区间窄，热膨胀系数小，开裂倾向小等对焊接极为有利的特性。但是，双相钢的高强度性能又使塑性温度区间变窄，为获得同样的塑性变形需要较大的电极压力，导致合适的焊接工艺范围变窄。
2.2 镀层对电阻点焊影响的分析
研究中涉及到材料表面纯锌镀层和经退火形成的锌铁合金化镀层，对电阻点焊过程的影响主要有以下几点：
(1)接触电阻变化。由于镀层的存在，在焊接开始时，焊件之间实质上是镀层材料互相接触。根据镀层材料的电阻率及硬度不同，焊件间的接触电阻也不同。镀锌及锌合金的镀层板，由于锌或锌合金 的硬度低，电阻率也低，故焊接开始时焊件接触面上的接触电阻很小，不利于熔核的形成。
(2)焊接电流密度小。由于镀层金属的熔点一般较低，在焊接过程中，镀层金属早于钢板熔化，熔化的镀层金属流人缝隙，增大了焊件与焊件之间的接触面，使焊接电流密度减小，电流场分布不稳定，影响熔核的形成及大小。
(3)焊件与电极易粘污或形成合金，降低电极寿命。焊接升温时，电极和焊件接触面上的镀层熔化后，会与电极工作面粘结，同时镀层金属与电极往往会组成固溶体或金属间化合物等合金，一旦发生此现象，电极端部的导电、导热性能下降，温度进一步上升，产生恶性循环，加速电极的粘污及损坏，使接头强度不稳定，同时也破坏了零件表面的镀层。
(4) 易形成结晶裂纹等缺陷。焊接时，如果镀层金属未能及时挤出焊件间的结合面，进人熔化的钢质熔池，将产生结晶裂纹。
3 双相高强钢点焊试验
焊接性能与母材的化学成分、力学性能、表面处理方式、镀层种类与厚度等因素密切相关，不同钢号的焊接性能均有或大或小的差异。表1为宝钢研制生产的冷轧热镀锌双相高强钢系列中4种牌号材料的化学成分及力学性能指标。
3.1 焊接参数的选取
据冷轧热镀锌双相高强钢材料的特点及本试验中所用材料的厚度要求(1.2 mm和1.4 mm)，参照日产汽车工程点焊标准，采用直径为6 mm的球面电极。考虑到材料镀层，采用的焊接电流形式见图1，它分为预热电流、焊接电流及热处理电流3段。预热电流主要用来熔化材料的表面镀层，使其在电极挤压下排出接合面，从而减弱或避免电极/工件界面铜锌合金化，提高工件/工件间接触电阻，使焊接区加热均匀，获得同样熔核所需焊接电流减少，增加电极寿命和降低飞溅发生频率。焊接参数的选取见表2。
3.2 焊接性能的试验方法
由于点焊接头的强度与熔核直径近似成正比关系，生产实践中常用熔核直径大小来反映接头强度指标。根据日产工程焊接标准NES推荐，剥离试验中焊点熔核最小直径为4.25 t(其中t为工件的厚度)，此时对应的焊接电流为合适焊接电流范围的下限门槛值，合适焊接电流范围的上限门槛值则是剥离试验中焊接不发生飞溅的****电流值。
在得到合适的焊接电流区域内，按照M0112[2002一N](搭接焊抗剪试验方法)进行焊点的拉伸剪切试验来考察焊点的抗剪切能力，以及依据M0110[2001一N](焊接区一字拉伸试验方法)进行焊点的十字拉伸试验来考察焊点的抗正向拉伸能力。
4 电阻点焊焊点的力学性能试验结果
焊接试验在容量为125k VA的D10一00型点焊机上进行，控制器型号为Medweld 200S。除了变动焊接电流外，其它参数见表2。合适的焊接电流范围见图2。从图中可知，对于强度级别相同的高强钢在镀层厚度相同情况下，焊接电流合适范围大小相近，含合金化镀层材料(GA)比含纯锌镀层材料(GI)所需焊接电流小;另外，随着材料强度从60 kg到80 kg,合适的焊接电流范围变窄。
4.1 焊点剪切拉伸的试验结果
图3 ,4 分 别为热镀纯锌/合金化60k g级和80 kg级双相高强钢电阻点焊焊点熔核直径与剪切拉伸强度关系曲线，它是由各个试验点经3次多项式拟合而得到。从图中看出，在最小标准熔核直径附近，剪切拉伸强度与焊点熔核直径成正比关系较为明显，在大熔核直径下剪切拉伸强度变化不大。在整个合适的焊接电流范围内，60 kg级的合金化镀层的双相高强钢熔核直径集中于4.7 - 6.0 tnm。与现有观点中的合金化镀层比纯锌镀层更有利于焊接性能相反，纯锌镀层比合金化镀层高强钢焊点的抗剪切能力略好，这可能与焊接工艺中采用的预热电流有关。
4.2 焊点十字拉伸试验结果
焊点的十字拉伸强度是代表焊点抗正向拉伸载荷能力的指标之一。图5,6分别为热镀纯锌/合金化60 kg级和80 kg级双相高强钢电阻点焊焊点熔核直径与十字拉伸强度关系曲线，它也是由各个试验点经3次多项式拟合而得到。
试验表明 ，熔核直径达到一定尺寸后其十字拉伸强度达到****值，随后开始下降。总体上，对于同一直径熔核，合金化镀层试样焊点十字拉伸强度比纯锌镀层试样高。但是，在试验时发生飞溅情况较多，导致十字拉伸强度波动较大。
4.3 焊点区域硬度试验结果
焊点区域硬度试验在日本Future-tech公司的FM-7型维氏显微硬度仪进行。在7.8 kA同样大小焊接电流下，60 kg级纯锌镀层(GI)和合金化镀层(GA)双相高强钢焊点区域硬度试验结果见图7。采用的试验载荷为4.9 N，保载时间为5s。取点的位置与结合面成450方向贯穿整个熔核。纯锌镀层材料(GI)所得焊点熔核直径小于合金化镀层材料(GA)，在整个熔核区域内，GI材焊点比GA材的显微维氏硬度值(HV)高20一40，这与镀层在焊接时影响接触电阻，从而影响到焊接热量的输人不同，导致两者熔核区域硬度值存在差异。
5 结 论
对热镀锌双相高强钢进行电阻点焊试验表明，存在一个合适的焊接工艺范围，并通过焊点的力学性能的分析得到以下结论:
(1) 强度级别相同的高强钢在镀层厚度相同的情况下，焊接电流合适范围大小相近，合金化镀层材料(GA)比纯锌镀层材料(GI)所需焊接电流小;随着材料强度的提高，合适的焊接电流范围变窄，可焊性随之变差。
(2) 随着材强度的提高，双相高强钢焊点的抗剪切强度(TSS)逐渐降低;在同一强度级别下，纯锌镀层材料(GI)的抗剪切能力比合金化镀层材料(GA)略好。
(3) 对于双相高强钢焊点的十字拉伸强度(CTS)，合金化镀层材料(GA)比纯锌镀层材料(GI)高，但较容易发生飞溅，导致CTS波动较大。
(4) 在同一焊接电流下，合金化镀层材料(GA)比纯锌镀层材料(GI)点焊熔核直径大，且熔核区域硬度值低，塑性好。 |
