本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點(diǎn)焊工藝方法。

背景技術(shù)：

電阻點(diǎn)焊工藝中，焊接時(shí)出現(xiàn)熔化的母材金屬?gòu)拇罱影宀慕Y(jié)合面飛出或者從板材和電極接觸面飛出的現(xiàn)象，稱(chēng)之為“飛濺”。發(fā)生飛濺現(xiàn)象后，濺射的金屬附著在電極表面，影響電極的焊接效果，進(jìn)而使電極修磨頻繁，電極使用壽命變短；并且飛濺產(chǎn)生伴隨著點(diǎn)焊接頭的內(nèi)部缺陷，影響焊接接頭強(qiáng)度。一般將發(fā)生飛濺時(shí)的電流稱(chēng)為飛濺電流或者上限電流，保證基準(zhǔn)熔核直徑的電流稱(chēng)為下限電流。上、下限電流之間的電流范圍是評(píng)價(jià)電阻點(diǎn)焊工藝的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為工藝窗口。

當(dāng)今在汽車(chē)車(chē)體制造生產(chǎn)中，主要通過(guò)電阻點(diǎn)焊來(lái)進(jìn)行車(chē)體板材的連接。車(chē)體各部分由于承擔(dān)作用不同，選用板材也不同。例如，為滿足對(duì)乘用人的安全保護(hù)和防腐蝕性能，車(chē)體b柱多選用鍍鋁硅涂層的熱沖壓成形板材，為兼顧輕量化要求，覆蓋件多選取鍍鋅涂層板材。

在車(chē)體制造焊接中發(fā)生飛濺，除會(huì)影響最終的焊接接頭性能，以及造成電極修磨頻繁、電極使用壽命減少之外；濺射的金屬附著在車(chē)體表面，影響車(chē)體表面美觀，后期需要清除處理，增加生產(chǎn)成本。在實(shí)際產(chǎn)線生產(chǎn)中，由于焊機(jī)電流穩(wěn)定性以及一致性的原因，實(shí)際電流值往往在設(shè)定值的上下百分之十左右浮動(dòng)，獲得較寬的工藝窗口，避免飛濺發(fā)生，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是在電阻點(diǎn)焊焊接過(guò)程中，抑制飛濺的發(fā)生，并獲得較寬的工藝窗口。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點(diǎn)焊工藝方法，包括以下步驟：

對(duì)待焊鋼工件進(jìn)行搭接，并向搭接處施加壓力，進(jìn)行加壓保持；

將第一焊接電流作用于所述搭接處，并使所述第一焊接電流持續(xù)作用第一時(shí)間；

在持續(xù)所述第一時(shí)間后，移除所述第一焊接電流，并保持第二時(shí)間；

在保持所述第二時(shí)間后，將第二焊接電流作用于所述搭接處，并使所述第二焊接電流持續(xù)作用第三時(shí)間；

在持續(xù)所述第三時(shí)間后，使所述第二焊接電流在第四時(shí)間內(nèi)緩降至0；

其中，所述第二焊接電流大于所述第一焊接電流，所述第一時(shí)間與所述第二時(shí)間之和大于或等于600ms。

優(yōu)選地，所述加壓保持的壓力為3-8kn。

優(yōu)選地，所述第一焊接電流的脈沖峰值為3-5.5ka。

優(yōu)選地，所述第一時(shí)間為200-700ms。

優(yōu)選地，所述第二時(shí)間為300-600ms。

優(yōu)選地，所述第二焊接電流的脈沖峰值為6-9.5ka，所述第三時(shí)間為300-600ms。

優(yōu)選地，所述第四時(shí)間為80-240ms。

優(yōu)選地，還包括：

在使所述第二焊接電流緩降至0后，對(duì)所述搭接處保持加壓，同時(shí)對(duì)所述搭接處通以冷卻水。

優(yōu)選地，所述帶有涂鍍層的鋼工件包括鋅涂鍍層鋼工件與鋁硅涂鍍層鋼工件；其中，所述鋅涂鍍層鋼工件的鍍層厚度為10-35μm，所述鋁硅涂鍍層鋼工件的鍍層厚度為20-50μm；所述鋅涂鍍層鋼工件與所述鋁硅涂鍍層鋼工件的厚度之和為2-4mm。

本發(fā)明的電阻點(diǎn)焊工藝方法，首先采用第一焊接電流對(duì)涂鍍層進(jìn)行破壞，再利用第二焊接電流以完成加熱焊接，并設(shè)置兩者之間的較長(zhǎng)時(shí)間的停止輸出以促進(jìn)涂鍍層材料排出，降低了涂鍍層材料對(duì)加熱焊接的影響，抑制了飛濺的發(fā)生，并可獲得較寬的工藝窗口，保證了焊接工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的可實(shí)施性。

本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)，權(quán)利要求書(shū)，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案或現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。其中，表達(dá)本申請(qǐng)實(shí)施例的附圖與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本申請(qǐng)的技術(shù)方案，但并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限制。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點(diǎn)焊工藝方法的流程示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻點(diǎn)焊工藝方法的工藝實(shí)施裝置的說(shuō)明示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻點(diǎn)焊工藝方法的焊接電流輸出時(shí)序示意圖；

圖4是對(duì)比實(shí)驗(yàn)1中應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的電阻點(diǎn)焊工藝方法與對(duì)比案例的焊點(diǎn)最大拉剪力對(duì)比圖；

圖5是對(duì)比實(shí)驗(yàn)2中應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的電阻點(diǎn)焊工藝方法與對(duì)比案例的焊點(diǎn)最大拉剪力對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成相應(yīng)技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的各個(gè)特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

在汽車(chē)車(chē)體制造生產(chǎn)中，涉及到對(duì)帶涂鍍層鋼工件的電阻點(diǎn)焊，如對(duì)dp950鍍鋅涂層板與鍍鋁硅1500mpa級(jí)熱沖壓板的焊接。發(fā)明人針對(duì)這種焊接關(guān)系的電阻點(diǎn)焊性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：

現(xiàn)有焊接工藝在焊接過(guò)程中，接通焊接電流后，兩種材料的鍍層先后融化，形成熔融態(tài)的涂層。由于鋅涂層與鋁硅涂層在厚度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、電阻率等方面存在差異，具體為鋅涂層先熔化，鋁硅涂層后熔化，且在焊接電極的壓力作用下，部分熔融態(tài)的涂層被擠壓排出。

之后在焊接電流作用下，熱輸入不斷增加，溫度達(dá)到鋅沸點(diǎn)，液態(tài)鋅發(fā)生汽化現(xiàn)象，此時(shí)界面處存在熔融態(tài)鋁硅、熔融態(tài)鋅、汽化鋅三種狀態(tài)涂層材料，而這三種狀態(tài)涂層材料不能很好的排出。在之后的形成焊核的過(guò)程中，未排出的涂層材料影響焊接電流的熱輸入作用，造成熱輸入不均勻，進(jìn)而在較小的電流就發(fā)生飛濺，影響最終的焊接接頭性能，且造成工藝窗口較窄。

因此，本發(fā)明提出一種帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點(diǎn)焊工藝方法，采用雙脈沖方式，兩脈沖之間設(shè)置一定焊接停留時(shí)間，以促進(jìn)點(diǎn)焊中涂層材料排出，從而避免飛濺發(fā)生，并可獲得較寬的工藝窗口。

例如在車(chē)體制造中，其所使用的常用板材為鍍鋅涂層板和熱沖壓處理的鍍鋁硅涂層板。熱沖壓處理的鍍鋁硅涂層板，涂層材料與鋼基體發(fā)生合金反應(yīng)，容易形成金屬間化合物和鐵基固溶體，表面上形成氧化物。鍍鋅涂層板在表面也形成以鋅為主要成分的氧化物。這種金屬間化合物和氧化物用于提高板材的抗腐蝕性能，但同時(shí)在電阻點(diǎn)焊時(shí)易引起飛濺。

本實(shí)施例中，由帶鋅涂鍍層的第一鋼工件和帶鋁硅涂鍍層的第二鋼工件構(gòu)成待焊接的工件搭接體，對(duì)該工件搭接體實(shí)施本發(fā)明提出的電阻點(diǎn)焊工藝方法，本發(fā)明對(duì)構(gòu)成搭接關(guān)系的鋼材的強(qiáng)度級(jí)別沒(méi)有特別限制。

本發(fā)明也不限于所焊接的鋼材的生產(chǎn)工藝和涂層工藝，如帶鋁硅涂鍍層的鋼工件是由熱軋鋼板或冷軋鋼板鋼板經(jīng)熱沖壓成形加工而成，如帶鋅涂鍍層的鋼工件是在其上形成金屬鋅層的熱軋鋼板或冷軋鋼板，如鋅涂鍍工藝為熱浸鍍鋅、鍍鋅退火、鋅電鍍或鋅-鐵電鍍。

下面將結(jié)合圖1所示的流程圖、圖2所示的用于實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的電阻點(diǎn)焊工藝方法的實(shí)施裝置示意說(shuō)明圖、以及圖3所示的焊接電流輸出時(shí)序圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的電阻點(diǎn)焊方法進(jìn)行說(shuō)明。

首先，如圖1中工序s110所示，對(duì)待焊鋼工件進(jìn)行搭接，并將第一鋼工件9、第二鋼工件10構(gòu)成的工件搭接體，置于點(diǎn)焊電極11a、11b之間(如圖2所示)。圖2中的加壓裝置12提供壓力，點(diǎn)焊電極11a、11b對(duì)工件搭接體的搭接處施加壓力并保持。

構(gòu)成工件搭接體的第一鋼工件9和第二鋼工件10，分別為鍍鋅涂層板和鍍鋁硅涂層板。點(diǎn)焊電極11a、11b通常為鉻銅材質(zhì)，其圓形頂部具有一定直徑的平端面，平端面直徑優(yōu)選范圍為4-8mm。本實(shí)施例中，點(diǎn)焊電極的平端面直徑為6mm。

如圖2所示，壓力通過(guò)加壓裝置12提供，壓力產(chǎn)生可基于伺服電機(jī)或基于壓縮空氣實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)焊電極11a、11b相對(duì)夾持、對(duì)工件搭接體實(shí)現(xiàn)加壓作用，壓力輸出的大小及保持時(shí)間由加壓控制器8控制。具體的，本實(shí)施例中加壓壓力為3-8kn。

設(shè)置s110工序，是為了使焊接電極與工件搭接體之間、構(gòu)成工件搭接體的鋼工件之間密貼，以降低接觸電阻。例如帶有鍍鋁硅涂層的熱沖壓板表面的鋁硅涂鍍層硬度高，在微觀上，其表面凹凸不平，搭接后接觸電阻大，易造成通電瞬間熱輸入不均衡而引發(fā)飛濺，加壓使搭接處各接觸面密貼，減小這種接觸電阻。且在焊接過(guò)程中，保持加壓還可促進(jìn)排鋅和限制熔融態(tài)金屬?lài)姙R的作用。

進(jìn)一步的，為保證焊接電極與工件搭接體之間、構(gòu)成工件搭接體的鋼工件之間的密貼效果，在輸出焊接電流之前，加壓需持續(xù)一定長(zhǎng)時(shí)間，這一時(shí)間內(nèi)的時(shí)序稱(chēng)之為預(yù)緊階段，與現(xiàn)有工藝類(lèi)似，預(yù)緊階段持續(xù)時(shí)間一般為300-600ms。而在預(yù)緊階段之后的焊接期間，也要始終保持加壓。

工序s110之后，繼續(xù)圖1中所示的工序s120，點(diǎn)焊電極輸出第一焊接電流，第一焊接電流作用于工件搭接體的搭接處，點(diǎn)焊電極11a、11b之間為電流通路，通過(guò)電流熱效應(yīng)，破壞待焊鋼工件的涂鍍層。

圖3所示為焊接電流的輸出時(shí)序示意圖，工序s120中，第一焊接電流為工頻交變電流，第一焊接電流的脈沖峰值強(qiáng)度為i1，持續(xù)作用第一時(shí)間t1，在工序s120中，涂鍍層被熔融、汽化，部分熔融涂鍍層在加壓作用下被排出。

之后繼續(xù)進(jìn)行圖1所示的工序s130，焊接電流輸出狀態(tài)如圖3所示，點(diǎn)焊電極停止輸出第一焊接電流，并持續(xù)保持第二時(shí)間t2，在t2時(shí)序中上一工序中被破壞的涂鍍層被從焊接部位完全排出。為保證排出效果，第一時(shí)間t1與第二時(shí)間t2之和大于或等于600ms。

不難理解，上述工序s120、s130中，t1，t2，以及i1的具體選取與涂鍍層材料及涂鍍層厚度相關(guān)。在具體的應(yīng)用場(chǎng)景中，鋅涂鍍層厚度優(yōu)選范圍為10-35μm，鋁硅涂鍍層厚度優(yōu)選范圍為20-50μm。t1的優(yōu)選范圍為200ms至700ms。t2的優(yōu)選范圍為300ms至600ms之間。i1優(yōu)選范圍為3-5.5ka。

舉例而言，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，鋅涂鍍層厚度為28μm，鋁硅涂鍍層厚度為35μm，t1為300ms，t2為300ms，i1為4ka。

工序s130之后，繼續(xù)圖1中工序s140，焊接電流輸出狀態(tài)如圖3所示，點(diǎn)焊電極輸出第二焊接電流，作用于工件搭接體的搭接處。第二焊接電流為工頻交變電流，持續(xù)第三時(shí)間t3，第二焊接電流的脈沖峰值強(qiáng)度為i2，且第二焊接電流的脈沖峰值強(qiáng)度大于第二焊接電流的脈沖峰值強(qiáng)度，即i2大于i1。

第二焊接電流用于加熱焊接，以使工件搭接體的搭接處焊點(diǎn)處于熔融狀態(tài)。由于之前工序中鍍層材料的排出、以及第一焊接電流額外的預(yù)熱作用，本工序中加熱焊接的熱影響區(qū)較大，有利于提高最終焊接接頭的力學(xué)性能。

不難理解，工序s140中，i2和t3的選取與板材的厚度及材料相關(guān)。在具體的應(yīng)用場(chǎng)景中，帶鋅涂鍍層鋼板材厚度優(yōu)選范圍為0.8-1.8mm，帶鋁硅涂鍍層鋼板材厚度優(yōu)選范圍為1-2mm，且兩者厚度之和為2-4mm；相應(yīng)地，t3的優(yōu)選范圍為300ms至600ms，i2的優(yōu)選范圍為6-9.5ka。

舉例而言，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，帶鋅涂鍍層鋼板材厚度為1.2mm，帶鋁硅涂鍍層鋼板材厚度為1.8mm，t3為400ms，i2為9ka。

工序s140之后，繼續(xù)圖1中工序s150，第二焊接電流在持續(xù)第三時(shí)間之后，點(diǎn)焊電極輸出的第二焊接電流在第四時(shí)間t4內(nèi)緩降至0，具體見(jiàn)圖3中所示時(shí)序。工序s150中這種緩降的焊接電流，可以減緩搭接處焊點(diǎn)的冷卻速度，進(jìn)而熔融的焊點(diǎn)逐漸冷卻，以促進(jìn)熔核區(qū)域的均勻性擴(kuò)散，有利于提高最終焊接接頭的力學(xué)性能。t4的優(yōu)選范圍為80-240ms。例如，將t4取為200ms。

最后，與現(xiàn)有工藝相同，電阻焊機(jī)輸出降為零后，對(duì)搭接處繼續(xù)保持加壓一段時(shí)間，繼續(xù)冷卻，以使焊點(diǎn)形成熔核。

進(jìn)一步的，在保持加壓同時(shí)，通過(guò)圖2中的14，提供循環(huán)冷卻水并從點(diǎn)焊電極處流出，以對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行冷卻，從而提高焊點(diǎn)的冷卻速度以改善最終熔核的力學(xué)性能。本實(shí)施例中，冷卻水的流速為2cm³/s。

在保持加壓一段時(shí)間后，去除加壓，該工件搭接體的該焊點(diǎn)的焊接作業(yè)完成。

此外，圖2的電阻點(diǎn)焊工藝方法的實(shí)施裝置中，7為交流電源，用于提供焊接電流。13為電流控制器，用于控制從點(diǎn)焊電極輸出的焊接電流的大小及時(shí)序?？梢岳斫獾氖?，圖2中7、8、11a、11b、12、13、14均可通過(guò)現(xiàn)有電阻焊機(jī)的相應(yīng)功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如本實(shí)施例中工藝實(shí)施所采用的單相交流電阻焊機(jī)。

本發(fā)明提出的點(diǎn)焊工藝方法中，首先采用較小電流、較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的第一焊接電流，保證在小的熱輸入下將工件搭接體的接觸界面處的涂鍍層材料熔化并部分排除，之后設(shè)置較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的停止輸出時(shí)序以保證熔化、汽化的涂鍍層材料全部排出。經(jīng)過(guò)以上工序，在接觸面形成了較寬的電流通路，在較大的第二焊接電流下，抑制了飛濺發(fā)生。進(jìn)而用較大電流，較短通電時(shí)間的第二焊接電流即獲得足夠尺寸滿足焊接性能的焊核。第二焊接電流結(jié)束后，緩降電流保證冷卻速度，促進(jìn)了由不同基體組織形成的熔合區(qū)的碳擴(kuò)散，使其趨于均勻化，改善了焊接接頭的韌性。

本發(fā)明提出的帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點(diǎn)焊工藝方法，可以完全抑制飛濺，提高工件外觀品質(zhì)，進(jìn)而省略了清理工件表面毛刺的工序，提高了生產(chǎn)效率。此外，采用本發(fā)明提出的帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點(diǎn)焊工藝方法，設(shè)置較長(zhǎng)時(shí)間的停止輸出工序，在保證獲得規(guī)定焊接強(qiáng)度情況下，還可得到較佳的工藝窗口。工藝窗口定義為焊接發(fā)生飛濺時(shí)的電流與保證基準(zhǔn)熔核直徑的電流的差值。

下面通過(guò)兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)獲得較佳的工藝窗口的有益效果做進(jìn)一步說(shuō)明。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)1、2中，通過(guò)固定部分參數(shù)，設(shè)置第二焊接電流的峰值電流為變量進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，以此得出保證焊接接頭為基準(zhǔn)熔核直徑的下限電流值以及不發(fā)生飛濺的上限電流值，其中基準(zhǔn)熔核直徑為(t為被焊接工件中較厚板材厚度)。點(diǎn)焊接頭焊核直徑通過(guò)在leica顯微鏡下的微觀組織測(cè)得，點(diǎn)焊時(shí)通過(guò)目測(cè)確認(rèn)飛濺是否存在。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)1、2中點(diǎn)焊設(shè)備都為基于壓縮空氣加壓式的單相交流電阻電焊機(jī)，點(diǎn)焊電極的平端面直徑為6mm。被焊接工件分別選用熱浸鍍鋅涂層dp590工業(yè)用板和鍍鋁硅涂層1500mpa級(jí)熱沖壓工業(yè)用板。其中鋅層及其合金化厚度約為28um，鋁硅涂層及其合金化厚度約為35um，尺寸為30mm×100mm。加壓壓力為3.5kn，冷卻水速率為2cm³/s。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)1、2中，試驗(yàn)編號(hào)1的實(shí)施案例采用本發(fā)明工藝方法，試驗(yàn)編號(hào)2的比較案例作為對(duì)比，采用較短停留時(shí)間，對(duì)比實(shí)驗(yàn)1中板材厚度均為1.2mm，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1對(duì)比實(shí)驗(yàn)1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)比實(shí)驗(yàn)2中dp590板厚度為1.2mm、鍍鋁硅熱沖壓板厚度為1.8mm，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2對(duì)比實(shí)驗(yàn)2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1、表2所示對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)編號(hào)1的實(shí)施案例與試驗(yàn)編號(hào)2的比較案例相比，工藝窗口的范圍擴(kuò)大了約1倍。

此外，表1、表2中試驗(yàn)編號(hào)1的實(shí)施案例的最大拉剪力(以kn計(jì))與工件總厚度的比值均大于5，失效形式均為熔核拔出且拉剪力幾乎接近鍍鋅涂層板的強(qiáng)度極限。且如圖4和圖5所示，在同樣的第二焊接電流下，實(shí)施案例焊點(diǎn)的最大拉剪力相比比較案例提升10％左右。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。