超高强热成形钢B1500HS的 电阻点焊工艺和接头性能

摘要：
采用工频交流焊机对厚度为1.5 mm的国产超高强热成形钢板B1500HS进行点焊操作,研究其适用性,并对焊接接头的力学性能、显微硬度、微观组织、拉伸断口进行分析.结果表明,热成形钢电阻点焊性能良好,熔核直径和焊点拉剪强度均满足要求,熔核区组织为板条马氏体,拉伸时呈现钮扣状断裂,断口形貌具有塑性韧窝特征,软化区的存在是接头正拉强度显著降低的主要原因.
关键词：
热成形钢板; 电阻点焊; 工频交流; 接头强度
中图分类号： TG 453.9
文献标志码： A     

外加磁场对TA1工业纯钛电阻点焊连接质量的影响

针对TA1工业纯钛在电阻点焊时极易与氧气发生反应而导致接头局部脆化的情况,引入了外加横向磁场以改善其电阻点焊接头的连接质量.实验使用材料为1 mm厚的TA1工业纯钛薄板,在220 kW的逆变直流电阻点焊设备上进行.电极采用端部直径为6 mm的锥形电极头.外加磁场由一对环形钕铁硼永磁铁N40产生.上、下永磁体S极相对,沿电极臂中心线呈轴对称安装.上、下永磁体距两试件的接触面为9 mm.以熔核尺寸和接头在拉剪测试中表现出的峰值载荷为指标,分析了外加横向磁场对TA1工业纯钛电阻点焊连接质量的影响.并且测量了点焊接头截面的显微硬度以判断熔核边缘的氧化程度.结果表明,在同等热输入前提下,外加磁场不影响TA1熔核内部的结晶形态,但能够有效增加熔核直径,改善TA1点焊接头的承载能力.并且在热输入较小的条件下,外加磁场对熔核直径生长的作用更明显.当接头熔核尺寸相近时,施加外部横向磁场的点焊过程所需热输入量更小.这也导致了在同等熔核尺寸和峰值载荷前提下,有外加磁场下的点焊接头断裂模式呈现对称纽扣断裂模式,无磁场的点焊接头呈现单侧纽扣断裂模式.同时外加磁场作用下的点焊接头拉伸断口的韧窝尺寸更大,表现出更好的塑韧性,这是因为较小的热输入能降低熔核边缘区域的氧化程度.     

430铁素体不锈钢电阻点焊工艺性能

采用机器人中频直流伺服焊枪点焊系统对1.2mm厚的AISI 430不锈钢薄板进行了点焊试验,研究了焊接电流对点焊接头力学性能、熔核直径、微观形貌、显微硬度以及拉剪断裂模式的影响规律.结果表明:随着焊接电流的增大,430不锈钢点焊接头抗剪强度增大,当电流达到10kA时,点焊出现飞溅现象,导致接头强度降低.接头熔核区由粗大的铁素体组成,带有少量的马氏体组织和碳化物沉淀.熔核区硬度高于母材区和热影响区,当熔核直径大于4.8mm时,接头主要发生纽扣断裂;当熔核直径小于4.8mm时,接头主要发生界面断裂,且一般为脆性断裂.     

超高强度钢电阻点焊拉剪接头断裂模式的模拟分析

以1.5mm热成形钢为例,建立超高强度钢点焊拉剪接头有限元模型,定义了热影响区几何尺寸及其材料属性,分析了熔核尺寸对点焊接头断裂模式的影响.结果表明:部分界面断裂模式在软化区发生并在焊核内沿板厚方向失效;而焊核剥离模式则在焊核外沿板厚方向失效;获得了不同断裂模式(界面断裂,部分界面断裂和焊核剥离断裂)下的临界熔核尺寸.为超高强度钢点焊拉剪接头断裂模式评价与预测提供了技术参考.     

SUS301L板电阻点焊接头的组织和性能

取3.0 mm厚的SUS301L板按国标制成电阻点焊剪切拉伸试样,在ZMD-100型万能材料试验机上对其进行剪切拉伸试验.测定了焊点尺寸和硬度分布, 分析了焊核的微观组织和化学成分,对断口进行了扫描电镜及能谱分析.试验表明,在现有的工艺参数下,该点焊接头的剪切强度满足设计标准和日本工业标准,焊核组织和成分较纯净,焊点的塑性较好.     

不同铝热剂对镁/钢点焊接头组织和性能的影响

采用粉末铝热剂介入型电阻点焊技术,研究了不同铝热剂粉末(Al+Fe_2O_3,Al+Cr_2O_3和Al+CuO)对电阻点焊显微组织和力学性能的影响.结果表明,镁/钢点焊接头主要由熔核区(FZ),热影响区(HAZ)和母材(BM)组成.镁合金一侧熔核主要由胞状树枝晶和等轴晶/等轴树枝晶组成,在熔核边缘具有明显的联生结晶特点,且晶体生长方向近似垂直于熔合线.由于铝热剂降低了熔核中心周围区域温度梯度,并可以作为异质形核点,从而促进等轴树枝晶的形核和长大.添加铝热剂Al+Fe_2O_3,Al+Cr_2O_3和Al+CuO后,点焊接头的拉剪强度分别比直接点焊接头提高了16.4%,34.6%和31.3%.     

7075铝合金点焊接头的组织及性能分析

采用中频逆变直流点焊机进行7075铝合金点焊焊接试验,并对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究.结果表明:焊接接头结构分为熔化区、部分熔化区和热影响区,其熔核的部分熔化区组织为柱状晶,熔化区组织为等轴晶,热影响区及母材仍保持轧制组织形态,而且焊接接头内存在枝晶偏析;7075铝合金点焊接头的熔核硬度较低;在所用的试验条件下,7075铝合金点焊接头均在界面断裂,断裂形式为准解理脆性断裂,且塑性、韧性较差,其原因在于焊接接头的强度低于母材,以及熔化区铝合金元素偏析严重.     

Rogowski电流传感器及其在电阻焊数据采集中的应用

Rogowski线圈电流传感器由均匀密绕的挠性空心线圈和积分器构成,由于其原理和结构特点,特别适合于电阻焊次级电流的测量.讨论了Rogowski线圈工作原理、积分器设计及误差、传感器电路模型和灵敏度的频率响应,设计了用于电阻焊测量的电流传感器,据此研制出ADuC812单片机为核心的电阻焊数据采集系统,并进行了低碳钢板搭接点焊试验和电压电流等信号的采集.初步分析认为,焊接电压、电流信号及接头动态电阻、输入功率与熔核形态密切相关,可用于电阻点焊接头质量的在线监控.     

铜镀镍磷合金薄膜的储能焊研究

在0.10 mm厚的铜基材料上进行化学镀镍磷合金层后,利用微型储能焊机对薄板进行了焊接试验,通过扫描电镜及拉伸试验机对该焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究分析.结果表明:焊接接头由熔核、熔合区和热影响区组成,在储能焊接头中形成了规则的扁平熔核,基体与增强相金属过渡良好.通过拉伸试验可知,焊接接头抗剪切强度可达26.56 MPa,焊点的断裂为韧性延性断裂,避免了脆性断裂,十分适合工程连接.     

马氏体钢与高强低合金钢电阻 点焊组织结构演变分析

本文研究了马氏体钢与高强低合金钢电阻点焊接头微观组织结构演变,对厚度为1.2 mm的MS1400、HSLA420进行电阻点焊试验,通过改变焊接时间、电流、压力得到拉剪试样,利用力学性能试验机进行拉剪试验,通过产生拔出失效模式来确定较优的点焊工艺参数.分析较优参数下的焊件熔核区及两侧热影响区微观组织,发现熔核区完全马氏体化;热影响区则主要为铁素体、马氏体、粒状贝氏的混合组织;对接头进行硬度测试,发现各区域组织变化与显微硬度分布曲线基本一致.     

激光-MIG复合热源钢/铝异种金属深熔钎焊

采用激光-MIG(Melt Inert-Gas)电弧复合热源实现了4和6 mm厚的钢/铝异种金属对接接头深熔钎焊,并利用扫描电子显微镜观察力接头界面微观组织特征.通过有限元软件分析电弧熔钎焊、激光熔钎焊、激光-MIG复合深熔钎焊三种焊接方法所获接头温度场,同时分析了激光偏转角度对激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布的影响.结果表明,激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布相较于电弧、激光熔钎焊而言较为均匀,接头下部的温度得到明显的提高,可有效增加液态金属在钢表面的润湿铺展程度,有利于获得较为良好的焊缝成形.在激光-MIG复合深熔钎焊过程中,可以通过调整激光偏转角度提高接头界面下部温度,改善界面温度梯度,有利于生成均匀的金属间化合物层.4 mm厚钢/铝激光-MIG复合深熔钎焊焊接接头有着典型的熔钎焊特征,成型质量良好且无明显缺陷生成.界面层化合物为Fe4Al13和Al8Fe2Si,焊缝由α-Al和Al-Si共晶相组成.激光-MIG复合深熔钎焊可实现6 mm对接接头连接,但界面处存在微裂纹.     

5052铝合金电阻点焊电极形状对电极寿命的影响

利用ANSYS软件建立了直径分别为6和8 mm的锥台电极和直径16 mm的球电极所对应的5052铝合金电阻点焊过程的有限元模型,分析了在相同的焊接工艺参数下3种类型电极几何形状对5052铝合金电阻点焊的熔核形成过程及其焊接质量和电极自身磨损的影响,并通过连续点焊试验验证了模型的准确性.结果表明:对于锥台电极,在相同的焊接电流条件下,电极端面直径越小,所得到的熔核尺寸越大,点焊接头质量越好;球电极与工件的接触面积过小,将会使得电流集中、温度过高而发生严重的电极烧损.所建模型的模拟结果与试验结果的误差在4%以内,采用直径6 mm的锥台电极进行5052铝合金薄板焊接时,电极寿命比球电极提高了20%.     

铝合金5754的激光束/电阻缝焊特性

采用由多功能电阻缝焊机、激光器和激光焊机器人组成的激光束/电阻缝焊(LB-RSW)焊接系统研究了1.0 mm厚5754铝合金搭接LB-RSW焊缝的成形、组织和力学性能,并与激光焊(LBW)焊接性能加以对比.结果表明:在相同激光功率条件下,与LBW相比,LB-RSW焊缝的表面成形性能更优,其焊接接头的熔深和拉剪力更大,可以显著提高铝合金的加工能力;LB-RSW焊缝的熔宽和熔深随着缝焊电流的增加而增大;除了在焊接速度1.5 m/min、焊接电流8 kA以外,焊接接头的拉剪力随焊接电流的增加而增大;LB-RSW和LBW的焊缝组织均由熔合线附近的柱状树枝晶和焊缝中心的等轴树枝晶组成,但LB-RSW比LBW的焊缝中心组织更细.     

烧结NdFeB永磁体激光点焊的显微组织特征

为了研究烧结NdFeB永磁体在激光焊接条件下的冶金行为,利用2kW连续光纤激光器对N48H永磁体进行了激光点焊,分析了"深熔"和"热导"两种激光焊接模式下焊点的显微组织特征,并对显微组织的形成机理进行了初步分析。结果表明:两种焊接模式下热影响区(HAZ)中均存在液化裂纹,熔合区均由Nd2Fe14B相和α-Fe相组成,熔核内部均为亚μm的Nd2Fe14B超细等轴晶。深熔焊熔核上表面有密集生长的α-Fe柱状枝晶,而热导焊没有;深熔焊时富Nd相在熔核上表面外围富集,热导焊时富Nd相在熔核上表面中心富集。不同焊接模式下,不同的温度场及熔池流动行为是形成接头区不同显微组织的根本原因。     

铝-铜合金回填式搅拌摩擦点焊接头 连接机理与断裂模式分析

为了提高飞机蒙皮连接强度,采用回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)技术对飞机蒙皮材料2524-T3进行了焊接试验。采用体式显微镜和金相显微镜对接头组织进行观察,通过拉剪试验和拉脱试验对接头进行力学性能测试,对断口进行扫描分析。结果表明:接头成形良好,无明显缺陷,RFSSW接头在热机耦合作用下,焊点形成4个不同显微组织区域;RFSSW接头力学性能普遍高于铆接,焊接接头剪切性能达到7.233 kN,较铆接提高113.4%,焊接接头拉脱性能达到3.172 kN,较铆接提高6.16%;接头断裂呈现为焊核剥离断裂和塞型断裂两种模式,当接头下扎深度较浅,焊点内部搅拌不足时产生焊核剥离断裂,随着套筒下扎深度的增加,塞型断裂由上板塞型断裂转变为下板塞型断裂,拉剪和拉脱焊核剥离断裂均为韧性断裂,塞型断裂均为混合型断裂。通过对回填式搅拌摩擦点焊接头力学性能的分析,为搅拌摩擦点焊代替铆接在航空结构件上的应用提供理论和技术基础。     

热成形钢/T型镀锌螺母的电容储能凸焊接头组织及性能

文中探究了热成形钢USIBOR1500与T型镀锌螺母储能凸焊工艺,研究了焊接电压对凸焊接头几何属性和力学性能的影响规律,并分析了凸焊接头的组织演变、硬度分布、失效断裂模式以及断口形貌.结果表明:随着焊接电压的升高,焊点直径变化较小,熔核直径先增大后减小,接头推出强度先升高后降低;凸焊接头的断裂模式为界面断裂模式、拔出断裂模式和拔出-界面断裂模式;界面断裂为准解理断裂,拔出断裂和拔出-界面断裂同时具有滑移分离断裂和解理断裂;热影响区软化发生在热成形钢侧不完全淬火区和回火区.     

焊接速度对双相钢激光焊接接头组织和性能的影响

为提高汽车车身用双相钢(DP钢)激光焊接构件在动态载荷下应用的可靠性,研究焊接速度对1.4 mm厚DP780钢脉冲激光焊接接头组织和不同应变速率下拉伸性能的影响规律.结果表明,不同激光焊接速度下DP780钢接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,随焊接速度增加,接头的软化程度降低.接头的强度随应变速率增加而增加,抗拉强度和断裂延伸率随焊接速度增加呈先增加后减少的趋势.当焊接速度为400 mm/min时,接头表面成形性好、熔深和熔宽适中、无焊接缺陷、外侧热影响区软化程度最低(软化率为9%),熔合区硬度适中,接头整体强度和塑性指标达到最佳值.     

套筒截面尺寸对套筒灌浆搭接接头拉伸性能影响试验

为研究套筒截面尺寸对套筒灌浆搭接接头受力性能的影响，进行了39个套筒厚度、内径不同试件的单向拉伸试验，研究了其破坏形态、极限承载力、延性、钢筋和套筒应变等性能. 结果表明：试件的破坏形式有钢筋拉断破坏和钢筋拔出破坏；由于加载偏心影响，试件的有效搭接长度约为设计搭接长度的81%；套筒内径相同时，在一定厚度范围内，随壁厚增加，套筒约束增强，试件承载力增大；套筒壁厚相同时，壁厚较小（1.5?mm）时，约束较弱，内径（类似保护层厚度）越大，试件承载力越大，壁厚大于等于2.0?mm时，约束增强，试件发生拉断破坏，内径的增加对承载能力影响小；在弹性阶段，套筒壁厚比套筒内径对钢筋-灌浆料黏结力的影响更明显；套筒中部截面的纵向应变在加载前期为拉应变，随荷载增大逐渐向压应变转化；套筒中部截面的环向应变在加载前期为压应变，随荷载增大逐渐转变为拉应变.提出的接头极限黏结应力和钢筋临界搭接长度计算公式，适用性较好，可供实际工程参考.     

2219-T6静轴肩辅助搅拌摩擦焊组织与性能分析

为探究安装外部静止轴肩对搅拌摩擦焊接头成形和力学性能的影响,采用自主研制的外部静止轴肩辅助搅拌摩擦焊(Non-Rotational Shoulder Assisted Friction Stir Welding,NR-SA-FSW)焊具对2219-T6铝合金4 mm厚板材进行对接焊试验,观察焊后接头表面成形情况.采用拉伸和显微硬度试验对焊缝的力学性能进行测试,并与相同焊接参数下的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)进行对比分析.使用金相显微镜和场发射扫描电镜对接头焊缝组织进行分析.结果表明,由于静止轴肩的平动刮擦作用,NRSA-FSW相比FSW,接头表面更加光滑,无鱼鳞纹、飞边以及接头减薄现象.NRSA-FSW接头相比于FSW接头软化区有所增加,接头显微硬度分布更加均匀.NRSA-FSW接头平均抗拉强度323 MPa,达到母材的72％,抗拉强度同FSW相近.NRSA-FSW焊核呈"U"状,焊缝组织无缺陷.接头拉伸试验在焊核区(Nuggest-Zone,NZ)处断裂,为韧性断裂.     

铝合金/不锈钢冷金属过渡熔-钎焊的接头性能

以ER4043(AlSi5)型焊丝作为填充金属,利用冷金属过渡熔-钎焊技术焊接异种材料6061铝合金与304奥氏体不锈钢,研究了不同焊接速度条件下焊接接头界面化合物层的物相组成及其抗拉强度.结果表明:通过优化焊接工艺参数能够得到连续均匀的焊缝,而且当焊接速度达到420mm/min时,焊缝表面的成形质量最好;在焊接接头的铝/钢界面形成了一定厚度的Fe-Al化合物层,其主要成分为Fe_2Al_5及FeAl_3相;焊接接头的抗拉强度为40 MPa,焊接接头的断裂发生于铝/钢的界面处,断口呈脆性断裂.