高铝高强汽车用钢的电阻点焊试验研究

黄治军 陈 宇 张 萍

（武钢研究院 湖北 武汉：430080）

高铝高强汽车用钢的电阻点焊试验研究

黄治军 陈 宇 张 萍

（武钢研究院 湖北 武汉：430080）

采用常规点焊工艺，对用于生产TRIP700及DP700汽车板的1.5mm厚的高Al高强钢冷轧原板进行了电阻点焊试验，得到了合格的点焊强度及破裂模式，说明其有良好的电阻焊性能。焊点的金相组织为马氏体。剥离试验与拉剪试验焊点失效模式有一定的差异。该钢合金含量较高，点焊工艺窗口较窄。

高Al；高强钢；电阻点焊

0 前 言

使用高强钢是汽车轻量化的一个重要途径。而在高强钢中，相变诱发塑性钢（TRIP钢）及双相钢（DP钢）因其具有优良的强塑性而备受青睐。TRIP钢具有高强度及高延性，早期的TRIP钢含有较多的Ni及Cr元素，成本较高，由此导致Si－Mn合金系及含Al－Nb系TRIP钢的开发。TRIP钢通过冷轧连续退火得到的，其室温组织主要由铁素体、贝氏体以及残余奥氏体三相构成。DP钢室温组织主要由铁素体和马氏体构成，铁素体为基体相，岛状马氏体分布于其上。软的铁素体赋予DP钢优良的塑性，硬的马氏体则赋予其高的强度［1，2］。两种钢可以采用相同化学成分的冷轧钢经不同的热处理工艺轧制而成。如DP钢经780℃临界退火5分钟，再水淬至室温制成；TRIP钢经780℃临界退火5min，在400℃保温5min，再空冷至室温制成。

TRIP钢及DP钢在应用时需要进行点焊，用于生产TRIP钢和DP钢的冷轧原板也是需要焊接的。后者发生在轧制时进行连续退火处理前，为了实现连续生产而进行的钢卷与钢卷的连接。电阻缝焊是主要的连接方式之一，其与电阻点焊的原理基本相同。

对于高强钢电阻点焊，由于合金元素含量的增加，一方面，在同样焊接电流下，因焊接处电阻增加将产生更多热量；另一方面，在点焊快速冷却条件下，焊后焊点产生淬硬组织的倾向大为增加。同时，因为钢质较硬，焊接处不易变形，难以对熔化的焊核形成较好的包裹，飞溅倾向增加，焊点产生缩孔等的倾向增加［3］。对于含Al的TRIP钢，有DP600钢的点焊报道［4］。DP600含Al量为约0.84%，其虽有较好的点焊性能，但已显示出点焊性能不如普通钢种的倾向。但对于具有更高Al含量的700MPa级TRIP钢，目前已开展的研究不多。因此对冷轧原板进行电阻点焊试验，对于TRIP钢及DP钢的生产和应用具有一定的指导作用。

1 点焊试验条件及工艺

试验钢厚度为1.5mm，化学成分如表1所示。试验采用DZ－3×40三相次级整流点焊机，和工频交流焊机相比，该机焊接电流更为平稳，焊接过程较为稳定，焊接高强钢，更容易得到合格质量的焊点。电极为球面型，端部直径为7mm。

表1 试验钢的化学成分（wt%）

试验参数设置从焊点尺寸不足（此处为界面型开裂）直到产生飞溅。每个参数进行一次焊接试验，观察焊接飞溅情况，并进行剥离试验。正如所设计的那样，在焊接试验过程中，焊接电流由大到小时，有明显的飞溅区、无飞溅且焊点合格区及无飞溅焊点不合格区。采用既无飞溅又有足够焊点尺寸的参数焊接焊点拉剪试样。

所有试样焊接时间为0.2秒，焊接压力为30kN，实际焊接电流及焊接工艺现象如表2所示。

表2 实际焊接工艺参数

2 焊点剥离试验及拉伸试验

焊点剥离试验结果如表2所示。分别以剥离试验结果较好的2、3、4号参数焊接拉剪试样，分别得到8a、8b（见图1（a））、8c，9a、9b、9c（见图1（b））及10a、10b、10c（见图1（c））试样。并对8a、8b、9a、9b及（10a、10b）进行拉伸试验。拉剪后的试样如图1所示，拉剪试验结果如表3所示。9a、9b及10a、10b样均出现了扣／孔式模式，为传统意义上合格的焊点。但8a、8b试样则没有出现，说明剥离试验结果与拉剪试样结果有一定的差别，说明剥离试验与拉剪试验受力情况的差别会使焊点失效模式产生差别。若以拉剪试验结果判断，合适的电流范围变小。由于试验所选取的电流变化幅度较大（本试验约为400A～500A），因此若想得到比较精确的电流范围，需减少电流的变化幅度。

图1 点焊接头拉伸试样

表3 点焊拉剪试验结果

可以看出，（10a、10b）试样拉断力最大，平均为24030N；（9a、9b）试样平均为22818N；（8a、8b）试样最小，平均为21818N。（8a、8b）试样的拉剪力比（10a、10b）的低约10%。

3 焊点金相分析

选择8c、9c及10c进行焊点金相分析。从直径处剖开焊点，观察焊点截面宏观形貌，并分析焊点焊核、过热区、正火区及母材组织。三个试样焊点各区的组织基本相同，图2展示了三个试样焊点的宏观形貌，只展示了9c样各区金相组织。

可以看出，三个焊点成形良好，熔核均匀规则，熔核外有较好的包裹层，焊点中无明显缺陷。熔核中可见明显的晶粒生长方向，即沿与电极基本平行的方向、也即冷速最快的方向生长，在焊核中心会合，在会合处可见明显的交会线。交会线是焊核较易出现缺陷、因而也是较薄弱的部位，尤其是对于高强钢。如若产生焊点界面断裂，往往发生于此部位，断裂界面平整（8a及8b试样）。

焊核、热影响区及正火区组织均为马氏体，但其组织仍显示一定的差异。马氏体由奥氏体急速冷却（淬火）形成，这种情况下奥氏体中固溶的碳原子没有时间扩散出晶胞。当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变开始产生。随着温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体，直到温度达到马氏体转变结束温度Mf。马氏体还可以在压力作用下形成。因此，马氏体转变可以通过热量和压力两种方法进行。在焊接过程中，焊核温度最高，部分产生熔化，其次是过热区，因此这个区域的晶粒长大较为明显。

图2 焊点金相分析

由于电阻点焊与电阻缝焊原理基本相同，点焊试验的成功意味着只要焊接工艺适当（与此文点焊相对应的工艺），缝焊也是可以成功的。

4 结 论

（1）采用合适的点焊工艺焊接700MPa级高Al高强汽车用钢，可以得到合格的点焊质量，但工艺窗口变窄；

（2）该钢合金元素含量较高，在点焊快速加热和冷却的条件下，点焊接头金相组织为马氏体；

（3）由于焊点受力方向不同，剥离试验与拉剪试验产生的焊点失效模式可能会显现出一定的差异。

［1］ R.Zubiadle，J.M.Rodriguez and J.Belzunce，etc.Influence of annealing cycle parameters on final microstructure and mechanical properties of a new experimental low alloyed TRIP steel grade［C］.2nd Super high strength international conference，October 17～22，2010，Verona.

［2］ 张继诚，符仁钰，张 梅.相同成分DP钢和TRIP钢部分力学性能的比较［J］.热加工工艺，2006，35（22）：13－16.

［3］ Stefan Schreiber，Steffen Keitel and Reinhard Winkler，etc.Resistance welding of high strength steels combination［C］.2nd Super high strength international conference，October 17～22，2010，Verona.

［4］ 龚 涛，缪 凯，王 辉，等.600MPa级高Al冷轧双相钢的点焊工艺研究［J］.电焊机，2011，41（4）：65－68.

Research to Resistance Spot Welding of High Strength Automobile Steel with High Al

HUANG Zhijun CHEN Yu ZHANG Ping

Resistance spot welding experiment of 1.5mm thick high strength steel with high Al for TRIP700and DP700production is carried out.By using ordinary welding technology，qualified welding strength and failure mode are obtained，which indicates good resistance welding property.The microstructures of the welded joint are martensite.The failure modes are somewhat different for peeling test and tensile shear test.This steel has narrower welding lobe because of its higher alloy content.

high Al；high strength；resistance spot welding

TG113.26＋3

A

1671－3524（2012）03－0018－03

（责任编辑：李文英）

2012－08－07

黄治军（1965～），男，正高级工程师.E－mail：zhijhuang＠163.com