[發明專利]一種提高先進高強鋼點焊接頭力學性能的方法

有效

• 申請號: 201110421505.1
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102489859A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 趙金武;韓秀紅;胡新舉;蔣志巖;陳建和;焦德巖;尹善文
• 申請（專利權）人: 長春三友汽車部件制造有限公司
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11;B23K11/16;B23K35/30;B23K35/36
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及一種提高先進高強鋼點焊接頭力學性能的方法，屬于金屬材料領域。

背景技術

汽車輕量化降低油耗與排放和提高碰撞安全性的一個重要手段就是采用先進高強度鋼。先進高強鋼(AHSS)具有成型性能好，強度、能量吸收率和初始加工硬化速率高以及防撞凹性能好等綜合優勢，迅速發展為汽車制造中應用前景最為看好的輕量化材料之一。其中，安全法規是推動先進高強度鋼應用的重要動力。汽車制造中的許多安全零部件，如A、B、C三柱、保險杠防撞梁、門防撞杠和保險杠防沖柱等，逐漸采用了強度在700-1500Mpa的先進高強度鋼進行生產。任何新材料的發展和應用都離不開二次加工，只有通過二次加工，才能使材料轉換為產品，而這個過程必需高效、低成本及時滿足市場需求。焊接技術是開發新材料走向實用化重要的加工方法之一。隨著先進高強度鋼板在車身中的廣泛應用，焊接技術問題變的日益突出。尤其是在白車身裝配過程中大量采用高效率和低成本的電阻點焊技術，先進高強度鋼板的點焊質量問題一直受到研究人員的密切關注。先進高強度鋼板點焊接頭質量的不穩定是亟待解決的技術難題。這是因為先進高強鋼是在低碳鋼中添加少量的鎳、鈮和/或鈦等合金元素，經過固溶體強化、析出強化、晶粒細化強化和應變組織強化，使其與碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在鐵素體基體上析出從而提高鋼的強度。

先進高強度鋼對點焊熱作用非常敏感，點焊過程中母材重熔，電極壓力作用和快速冷卻都將影響點焊接頭熔核的結晶狀態和微觀組織，結果反映到接頭的物理、化學和力學性能變化。實際生產過程中，先進高強鋼電阻點焊極易產生縮孔、裂紋和飛濺等，焊接接頭處易出現結合面斷裂。目前，研究人員對先進高強鋼電阻點焊的研究主要集中在各種高強鋼的焊接性、焊接規范參數對焊點組織性能的影響、電極壽命、焊接程序和工藝的優化等，并取得了可喜的成果，如采用恒流控制法、動態電阻法、熱膨脹位移法、超聲波法與基于人工神經網絡和模糊控制的智能控制系統等來提高接頭的質量穩定性，其實質均是圍繞如何保證熔核尺寸穩定和控制接頭熔核組織形成過程。但是，由于點焊過程中各種干擾因素非常復雜和點焊方法本身的特點(焊接電流大、焊接時間短、冷卻速度快、壓力作用和無損檢測困難等)，上述控制方法均有其局限性。

金屬材料的點焊過程是在熱和機械力的作用下形成塑性環、熔核，并隨著通電加熱的進行逐漸長大，直至達到所需的熔核尺寸。接頭熔核組織的形成經歷焊點金屬的熔化和凝固、冷卻時的固態相變。熔核的凝固過程對焊縫金屬的組織和性能具有重要的影響。點焊過程中，由于熔核中的冶金條件(材料的成分和原始組織)和冷卻條件(工藝因素)的不同，可能得到性能差異甚大的組織。點焊熔核凝固過程是從自由能最低的熔核邊界半熔化的晶粒表面開始聯生結晶，然后沿著最大過冷度方向擇優生長，一直長至熔核的中心，形成粗大的柱狀晶體。金屬材料電阻點焊熔核的凝固組織多為柱狀晶組織。柱狀晶組織的生長特點會形成熔核的薄弱面，且該薄弱面與點焊搭接接頭處于高應力區的板縫相重合，將顯著降低點焊接頭的力學性能。因此，提高點焊接頭的力學性能必須改善點焊熔核的凝固組織，由柱狀晶組織轉變為等軸晶。孕育處理是指在凝固過程中，向液態金屬中添加少量其它物質，促進液體內部形核、抑制晶粒生長，達到細化晶粒的一種方法。優質鑄件的生產，控制鑄鐵凝固時形成的石墨形態和基體金屬組織是至關重要的，而孕育處理是生產工藝中最重要的環節之一。在液態鑄鐵中加入孕育劑，可促進石墨化，減少白口傾向，改善石墨形態和分布狀況，增加共晶團數量，細化基體組織。熔化焊接時向熔池中添加某些合金元素作為熔池中非自發晶核的質點，可以改變結晶形態，使焊縫金屬的晶粒細化，既可提高焊縫的強度和韌性，又可改善抗裂性能。

發明內容

本發明的目的是向點焊接頭施焊處添加某些高熔點的合金元素作為熔核中非自發晶核的質點，對熔化的點焊熔核金屬進行孕育處理，起到固溶強化和變質處理的作用，從而使熔核金屬晶粒細化，改善接頭的組織，以達到提高先進高強鋼點焊接頭的力學性能。