热成型钢板点焊过程中Al-Si相偏聚分析

徐荣雷，刘旭涛，程先增

（一汽-大众汽车有限公司青岛分公司，山东 青岛 266000）

1 问题概述

为了实现汽车更轻更安全的目标，目前各大主流汽车制造商正在车身上积极采用热成型技术。如大众全系车型在涉及车身碰撞安全的零件均采用 1300-1500Mpa的超高强度热成型钢[1,2]。车身上主要通过点焊工艺实现热成型零件的连接，但由于热成型零件的超高强度及表面的 Al-Si涂层会增加焊接困难，导致焊接过程中产生各种各样的焊接缺陷。

某厂家在进行两个热成型零件点焊时，发现在焊核边缘存在白色物质的聚集（见图1），经能谱分析，确认白色物质为Al-Si金属间化合物。Al-Si相作为脆硬相分布在焊核边缘，会严重影响焊点的力学承载性能，导致零件在服役过程中首先沿焊核边缘开裂，引发失效问题。

图1 白色Al-Si相偏聚

2 原因分析及改进方案

2.1 电极压力

阎启等对镀锌钢板点焊工艺研究表明，镀锌板在点焊过程中，表面镀锌层首先会熔化，在电极压力的作用下被挤出焊接区域[3]。同样热成型零件表面Al-Si涂层的熔点低，会先于钢板熔化，在电极压力的作用下，被挤出焊接区域。如果电极间压力不足，可能会引起先熔化的 Al-Si涂层不能被完全挤出，可能会导致 Al-Si相的聚集。由于热成型后零件的抗拉强度可以达到1300-1500Mpa，因此在焊接热成型不能沿用焊接镀锌板的焊接参数，应适当提高电极压力。因此，在维持其他焊接参数不变前提下，首

先对电极压力进行了调整：

表1 电极压力调整

在保持其他焊接参数不变的情况下，当电极压力增加到4200N时，焊核边缘Al-Si相聚集消失（见图2），先熔化的Al-Si涂层都被完全挤出了焊接区域。但焊核边缘依旧存在轻微发白现象，放大到200X发现，发白组织和基体组织一致，均为自回火马氏体（见图3）。发白原因可能是涂层中残留的Al扩散进基体中，没有完全扩散，导致局部基体中Al含量偏高，腐蚀后出现发白现象。

图2 电极压力4200N，焊核组织 25x

图3 电极压力4200N，焊核组织 200x

2.2 预热电流

徐松等对热成型钢板点焊工艺研究表明，适当提高预热电流，可以有效改善焊点的成分偏析[4]。因此焊核周围存在Al偏析的原因可能是焊接预热不足，在钢板熔化之前，表面Al-Si涂层没有完全熔化，导致少量Al随着钢板熔化，在随后的冷却过程中，来不及扩散，因此造成焊核边缘局部含量偏高。为解决该问题，尝试提高了预热电流，当预热电流提高到6.2KA时，焊核边缘组织均匀，不再存在Al的偏析，见图4-5。说明当预热电流达到6.2KA时，表面Al-Si涂层已完全熔化。完全熔化后，在电极压力作用下，被挤出焊接区域。

表2 预热电流调整

图4 电极压力4200N，预热电流6.2KA 焊核组织 25x

图5 电极压力4200N，预热电流6.2KA 焊核组织 200x

2.3 破坏性检测

图6 优化前，沿Al-Si相偏聚处开裂

图7 优化后，在热影响区开裂

根据大众集团内部标准VW01105及PV6702对优化前后焊点进行破坏性检测[5,6]，发现优化前焊点沿着Al-Si聚集处开裂（见图6），不满足焊接的等强度原则，使用过程中存在沿焊核边缘开裂风险。提高电极压力和预热电流后的焊点，焊点在热影响区开裂（见图7），说明焊点强度已超过原母材强度，满足使用要求。

3 结论

热成型焊接中 Al-Si相的偏聚会降低焊点的力学性能，导致后续使用中存在沿焊核边缘开裂的风险。通过提高电极压力和预热电流可以有效解决 Al-Si相的偏聚，提高焊点的力学性能。