镀锌钢/不锈钢异种材料点焊工艺优化

镀锌钢/不锈钢异种材料点焊工艺优化

曾文平1代刚2 仝磊3黄治涛4吕相相5

襄阳航泰动力机器厂 湖北襄阳 441002

摘要：本研究旨在优化镀锌钢和不锈钢异种材料的电阻点焊工艺参数，以提高焊接接头的质量和性能。通过探索试验和正交试验，研究了焊接电流、焊接时间和电极压力对焊点性能的影响。通过正交试验验证，确定了最佳工艺参数组合为焊接电流7.5KA、焊接时间10cyc、电极压力4.0KN，该组合表现出综合性能最佳的特点。此外，研究还发现，在适当的工艺参数下，焊接会产生粗大的柱状晶，有助于限制裂纹的扩展。这些研究结果对于优化镀锌钢和不锈钢点焊工艺具有重要的指导意义，特别适用于汽车制造等领域。

关键字：镀锌钢、不锈钢、点焊

1.引言

随着经济的发展和工业水平的提高，冷轧薄板在汽车车身、家用电器（如电冰箱和洗衣机）等领域的应用日益广泛。然而，由于环境恶化和汽车工业的迅速增长，冷轧薄板的腐蚀问题备受关注。为了应对这一问题，目前最常用的方法是使用镀锌钢板替代冷轧薄板。镀锌钢板主要包括镀锡板、镀铅板、镀铝板、镀锌板和镀铝锌板等种类。虽然镀铝锌板具有出色的高温氧化和抗腐蚀性能，但生产成本较高。因此，镀锌钢板发展更快，目前在许多领域广泛使用，特别是在汽车工业中，镀锌钢已经大量取代了冷轧钢板。统计数据显示，1980年日本消耗了140万吨的镀锌钢，1987年欧洲汽车工业消耗了500万吨的镀锌钢板，1998年美国用于汽车工业的镀锌钢消耗量达到800万吨。在中国，汽车工业已经成为国家经济的一个重要支柱产业，早在2011年，中国就成为了世界第二大汽车生产国。各大汽车制造商大量采用镀锌钢作为车身材料，以提高汽车的耐腐蚀性能，从而增强市场竞争力[1-3]。

2 试验材料设备及试验方法

本实验采用板材为热浸HD590T/340YDP 镀锌钢，材料尺寸为300mm×100mm×1.5mm，最低抗抗强度为590MPa，最低屈服强度为340MPa，锌层60~90g/m2。

（1）镀锌钢材料

本试验采用板材为304不锈钢1Cr18Ni19，材料尺寸300mm×100mm×1.5mm，最低抗抗强度为520MPa，最低屈服强度为205MPa，密度7.93g/mm3，,电阻率0.73Φ﹒mm2/m，熔点1389~1420℃。

3  试验数据及结果分析

3.1正交试验数据结果分析

3.1.1 撕破检验结果分析

撕破检验是在点焊现场最直接简便的判断焊接接头质量的方法，直接将焊好的试片用夹具和老虎钳等撕开观察焊点的大小及形状。撕破的试样焊接呈纽扣状，试样分离后焊点周围撕破而熔核粘于另一个试样上则焊接接头较好，焊接参数选择的较为恰当，若是沿熔化区接触面撕开则焊接参数选择的不适合。对九组试样中的一号试样进行撕破，撕开后用游标卡尺测量并纽扣尺寸并记录剥离位置和纽扣尺寸。撕破数据如表1所示。

表1撕破检验结果表

从表中数据可以得出：第1、4、7组的焊接工艺参数并不合适，第7组虽然是焊点周围撕破的，但是其纽扣尺寸过小。第3、5、9组虽然撕破位置和纽扣尺寸都符合，但是试样焊点上面有烧黑的铜色，此情况焊接电流过大造成。

3.1.2 熔核直径大小数据结果分析

根据进行的九组不同工艺参数条件下的焊点熔核直径测量，并运用极限分析法对这些数据进行了深入分析。分析结果揭示了焊接电流（因素B）对熔核直径的影响最为显著，其次是电极压力（因素A），而焊接时间（因素C）的影响相对较小。具体而言，随着焊接电流和焊接时间的增加，熔核直径逐渐扩大，而电极压力的升高则导致熔核直径减小。最终，通过极差折线图的分析，确定了在熔核直径最大的情况下的最佳工艺参数组合为焊接电流8.0KA、焊接时间12cyc、电极压力4.0KN（A1B3C3），尽管此时熔核直径较大，但需要注意电流过大可能会引发飞溅和电极头损耗问题。相对而言，组合1、4、7的焊接电流7.0KA下熔核直径偏小，而组合2、3、5、6、8、9的参数在保持熔核直径合适的同时，其中3、6、9的焊接电流较高，可能导致电极头磨损和焊点渗铜等问题。这些分析结果对于确定最佳点焊工艺参数以获得高质量的焊接接头具有指导意义。

表2熔核直径数据表

3.1.3焊透率数据结果分析。

焊透率主要受焊接电流的影响，其次是焊接时间，而电极压力的影响较小。随着焊接电流和焊接时间的增加，焊透率逐渐提高，但增大的电流可能导致飞溅和电极头损耗。最佳工艺参数组合为焊接电流8.0KA、焊接时间12cyc、电极压力4.0KN。然而，需要注意的是，某些组合的焊透率超出了一般范围，需要综合考虑多个因素来避免过高或过低的焊透率。因此，优化点焊工艺时应平衡这些参数，以确保焊接接头的质量和性能。

3.2 正交试验结果验证试验分析

上述结论是否正确还有通过验证试验进一步的进行验证，对于前面分析时对某个指标的未出现在九组的工艺参数组合的参数组合用相近的因素代替。由于电极压力最难以调整，所以定电极压力为A2即Fw=4.0KN，改变焊接电流和焊接时间进行进一步验证。4结论

文章旨在探讨镀锌钢和不锈钢异种材料的电阻点焊工艺参数以及参数优化。研究包括探索试验、正交试验和正交试验验证，旨在确定最佳的点焊参数组合以获得高质量的焊接接头。通过探索试验，确定了1.5mm镀锌钢和不锈钢点焊的主要工艺参数范围，包括焊接电流、焊接时间和电极压力。正交试验揭示了这些参数对焊点性能的影响程度，包括熔核直径、焊透率、抗剪切力和压痕深度。通过正交试验验证，最佳工艺参数组合为焊接电流7.5KA、焊接时间10cyc、电极压力4.0KN，可获得综合性能最佳的焊接接头。研究还发现，在适当的工艺参数下，焊接会产生粗大的柱状晶，这有助于限制裂纹的扩展。这项研究为优化镀锌钢和不锈钢异种材料的电阻点焊工艺提供了重要的指导，提高了焊接接头的质量和性能。

参考文献

1[1]胡天寒,吴天海,潘华等.钢/铝异种材料接头焊接技术研究进展[J].钢铁研究学报,2023,35(08):928-949.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220285.

[2]赵锴,杨成刚,易翔.CMT焊接技术的应用、发展与展望[J].电焊机,2022,52(05):60-66.

[3]安锦,上官健,魏笑科等.船用镀锌钢焊接技术研究[J].广东科技,2022,31(01):76-78.