电极压力对TRIP800点焊焊接接头组织性能的影响

姜秋月

0 引言

TRIP钢具有良好的抗拉强度和延伸率，且其冲压成型性能好，被认为是新一代最佳高强度汽车板用钢［1－2］。TRIP钢具有较高的碳当量，焊后硬化可能性更高，因此其焊接性能一直被汽车制造商密切关注［3］。本研究对冷轧高强度TRIP800钢板进行了一系列点焊工艺、金相分析和剪切试验分析。探讨了不同电极压力条件下TRIP800的焊接性能，确定了TRIP800较为合理的点焊规范参数。

1 实验材料及方法

1.1 实验材料

试验材料为TRIP800－1.8mm高强度汽车用冷轧TRIP钢，化学成分见表1所示。力学性能指标见表2。

1.2 试验方法

1.2.1 点焊实验

对实验钢进行不同工艺条件下的搭接点焊实验，实验设备为YR500C型脚踏开关气动加压式焊机、YF0201－22电阻控制器。点焊试样如图1所示。

试验的焊接工艺参数见表3。选择焊接时间、焊接电流和电极压力作为试验的重点工艺参数，考察焊接时间、焊接电流和电极压力对钢板焊接性能的影响，以期获得最佳焊接工艺参数。

表1 表1 TRIP钢的化学成分表/w%

表2 TRIP钢的力学性能指标

图1 电阻点焊焊接接头试样制备图示

表3 焊接工艺参数

1.2.2 剪切实验

将点焊后的试样放在电子万能材料试验机上进行点焊接头的剪切试验，试验设备为电子液压万能材料试验机WDW－200最大载荷200kN。

1.2.3 金相组织观察

对点焊焊接接头的截面试样，制成金相试样，在光学显微镜下进行观察并照相，试验设备为Ni－KonEPIPHOT300金相显微镜。

2 实验结果及分析

2.1 电极压力的变化对拉剪强度的影响

对在焊接电流为8kA，焊接时间为20cyc时，改变电极压力进行点焊试验，经过点焊进行焊接接头拉剪强度测试，结果如图2所示。由试验数据可见，拉剪力随电极压力的变化较焊接电流与焊接时间都要弱一些。

同焊接电流与焊接时间一样点焊接头的剪切力大小随着电极压力的增大而有小幅度的增大，当电极压力升高至400kgf时，剪切力达到最高值，继续增大时间拉剪力反而下降。这是因为当电极压力过小时，由于焊接区金属的塑性变形范围及变形程度不足，造成因电流密度过大，电阻增大及散热较差而引起加热速度大于塑性环扩展速度，从而产生前期的飞溅而使拉剪性能下降。电极压力增大时，板件—电极间的接触改善，但是过大时，电阻减小，析热减少，散热加强，因而形核热量较少，焊点熔核尺寸减小，特别是焊透率降低过快，有时会出现未焊透。

图2 电极压力变化对拉剪强度的影响

2.2 电极压力对焊接接头组织的影响

对TRIP钢钢板按照点焊工艺：焊接电流为I＝8kA，焊接时间为20cyc时，电极压力为Fw＝350kgf、400kgf、450kgf制备点焊接头，用手锯制备金相试样，腐蚀试剂采用4%硝酸酒精溶液，腐蚀时间大约为7～8s，焊缝及热影响区金相图片如图3～4所示。

（1）焊缝组织的对比

图3 电极压力的变化对焊缝组织的影响

（2）热影响区组织的对比

图4 电极压力的变化对热影响区组织的影响

从图3、图4可以看出，焊缝区均为板条状马氏体组织，热影响区为马氏体、铁素体及少量的残余奥氏体组织，由热影响区组织变化知：随着电极压力的加长，铁素体比例变少而马氏体增多。由图可以看出，当电极压力为400kgf时，焊缝组织，热影响区及全貌组织均为最好。

2.3 电极压力的变化对显微组织的影响

电极压力对接头的显微硬度的影响较电流和时间的影响都要弱一些，对点焊工艺为I＝8kA，焊接时间为20cyc时，电极压力为Fw＝350kgf、400 kgf、450kgf试样采集显微硬度数据如图5所示。

图5 电极压力对显微硬度的影响

从图中可以看出，在相同焊接电流（I＝8kA）

和焊接时间（T＝20cyc）的条件下，电极压力也影响焊缝组织的显微硬度。当电极压力为400kgf时，其显微硬度值要高于电极压力为350kgf与450kgf。

3 结语

（1）电极压力过小，使得电流密度过大，引起加热速度大于塑形环扩展速度，导致严重飞溅，降低了接头强度；

（2）电极压力过大，电流密度和接触电阻减小，以致焊接热量下降，出现熔核过小或者未焊透现象，降低了点焊接头强度。

（3）TRIP800－1.8的点焊试验研究初步确定了TRIP800－1.8的最佳点焊工艺参数：焊接电流为8 000A，焊接时间为20cyc，电极压力为400kgf。

［1］王四根，花礼先，王绪，等.低碳硅锰系冷轧相变诱发塑性钢研究［J］.钢铁，1995，30（6）：48－51.

［2］王四根，花礼先，王绪.硅、锰系TRIP钢成分及热处理工艺的优化［J］.北京科技大学学报，1994，16（4）：325－329.

［3］韦习成，李麟，符仁钮.TRIP钢显微组织与性能关系的评述［J］.钢铁研究学报，2001，13（5）：71－76.