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不同材料的电阻点焊性能
不同材料的电阻点焊性能
摘要：
在电阻点焊异种材料焊接一般比同类材料，由于在不同挑战基本金属的物理，化学和机械性能。
在焊接参数的主要影响热输入的影响，如：
峰值电流的形态，硬度，拉伸剪切力之间的异种金属焊接轴承AISI316L制造能力。
奥氏体不锈钢和DINEN10130-99（7114级）无间隙原子钢，研究了这项研究。
虽然，一个可以接受的联合的力量，得到7kA的峰值焊接电流，焊接工艺参数的最佳生产最大联合力量建立在最高点焊接电流在9kA的焊接电流，电极压力位置和焊接时间保持在6波峰和17个周期，分别为常数。
该弱化的主要原因是焊件确定为晶粒的过度生长在7114热影响区的区域级无间隙原子钢。
关键词:
电阻点焊;不同材料
1．引言
由于过程需要相对简单的设备；它很容易，通常自动化和一次焊接参数建立应该是可能生产重复焊，电阻点焊是目前应用最广泛的连接板材的方法。
这个方法是优先用于机械紧固件,如铆钉、螺丝，检修不要求拆卸方便的地方[1,2]。
该工艺广泛使用加入低碳钢组件的身体汽车、卡车底盘、拖车、公共汽车、通信车、房车和娱乐旅途客车，以及橱柜、办公家具,和白色家电制造业[3-5]。
奥氏体不锈钢和IF（自由间隙钢）是相似于用接触焊点技术的焊接，伴有或没有特殊的必要条件，这是板材制造过程中应用最广泛的[6]。
然而，只有很少的信息有关奥氏体不锈钢和IF钢点焊之间的区别。
越来越多的关于钢的应用，需要一个更好的理解方法与不同材料的电阻电焊。
在整个研究中选择的不同材料包括采用AISI316级奥氏体不锈钢和符合DINEN10130-99（7114级）的IF钢。
对这些钢材的焊接性进行了电极常数和主要焊接参数的研究，如电流峰值对热输入的影响。
所有材料的加入都是根据焊接时间来确定的。
焊接电流对焊件有很大影响，比如表面粗糙度，焊缝高度，应力和韧性进行了评价。
因此，对焊件的形状，硬度，拉伸剪切应力承载能力进行了研究，因此奥氏体和无间隙原子钢不同材料的焊接性是被确定的。
2．材料与实验方法
2.1材料和焊接工艺
对于厚度在2毫米的7114级IF钢和316级奥氏体的厚度不锈钢钢板的化学成分在表一中给出使用。
这两种材料分别切成尺寸为100mm×30mm。
焊前，对所有样品的表面进行机械清洗。
表一片材的化学成分（重量%）
C
Cr
Ni
Si
Mn
Mo
Al
Co
AISI316L
0.016
17.68
12.6
0.663
1.53
2.38
0.018
0.121
Cu
Nb
Ti
V
W
Fe
P
S
0.211
0
0.021
0.663
0.029
64.42
0.02
0.003
C
Cr
Ni
Si
Mn
Mo
Al
Co
DINEN10130-99IF7114
0
0.003
0.036
0.016
0.183
0
0.057
0.006
grade
Cu
Nb
Ti
V
W
Fe
P
S
0.021
0.004
0.065
-
-
99.39
0.003
0.008
片材在点焊时是通过气动相位来控制焊接点的，AC（交流电）电焊机的焊接电流范围是0-9kA。
焊接的进行是利用水来冷却锥形铜铬电极不同直径的接触面，用来克服加热时产生的不平衡。
电极接触奥氏体不锈钢表面的直径是8mm，而接触无间隙原子钢表面的直径是9mm，直径的不同导致母材的导热性不同。
IF钢和不锈钢的热膨胀系数分别是100℃时12.5·10-6/℃,16·10-6/℃[7]。
焊接时，将板材重叠线性放置制作的标本为拉伸剪切试验，示意图如图1所示。
图1样品架和拉伸剪切试验样品
因此，样品应该有合适的尺寸以及重叠的焊缝位置的设计和制造方便测试（图1）。
施加4，7，9kA的电流数值而其他焊接参数保持不变，如表二。
表二焊接参数的试验样品
Effectivecurrent（kA）
Holdingtime（cycle）
Weldingtime（cycle）
Electrodeforce（bar）
Weld
atmosphere
4
30
17
6
Ambient
7
30
17
6
Ambient
9
30
17
6
Ambient
电阻点焊过程示意图如图2所示。
图2电阻点焊过程示意图
焊接材料的电阻点焊显微图像如图3所示。
图3电阻点焊的焊接材料显微图像
2.2力学性能测试和金相评定
为了确定不同材料点焊的拉伸剪切承载能力，根据标准准备一组三个测试样品。
焊件拉伸剪切负载是通过岛津架UH型伺服液压万能试验机测试的。
在0.2%的偏置应变下拉伸剪切试验可以帮助绘制测试过程中的图形进行对比。
对焊缝熔核和HAZ（热影响区）的维氏硬度测试，并对金属进行了金相测试负荷为50克。
通过焊接熔核的横截面的传递以及类似于底板部分是标准金相制备的程序。
由于不同材料的焊接性质不同，腐蚀剂要分为两个阶段使用。
在第一阶段的蚀刻，其中3%的酒精硝酸对IF钢的显微组织起作用。
对焊缝熔核，热影响区，和奥氏体不锈钢等焊接材料的显微组织的观察，使用10毫升硝酸，15毫升盐酸，10毫升乙酸和两滴甘油可以实现。
目前的研究工作，使用尼康DIC显微镜光学检查样本。
Photoshop计算机程序用来获许焊接材料微观组织的概况。
3．结果和讨论
3.1峰值电流对焊接质量的影响
最重要的因素是影响焊接质量的外观，强度和延性，焊接熔核尺寸，焊接穿透，片分离和内部断裂[1]。
不同材料的表面焊接外观如图3所示。
通常点焊焊头表面外观应该相对平稳；工作中应该呈圆形或椭圆形的轮廓；并且表面融合自由，电极处有坑壮，裂隙和深部电极压痕[1]。
这次研究中，获得几乎光滑平整的焊缝表面（图3）。
不过，发现IF钢熔核尺寸比奥氏体不锈钢的熔核尺寸要大（图4）。
据认为，熔核尺寸之间的差距是由于不同直径的电极产生的。
此外，还发现焊接熔核失去对称性是因为钢板不同的物理性质产生的热量不平衡。
相同金属不同厚度，又或是两种厚度相同但电导率有着明显差异的材料点焊在一起会产生热平衡的问题。
电极的配置和组成可用于克服加热到一定程度的不平衡[1]。
IF7114级钢侧的材料焊接被发现电极的压痕比奥氏体不锈钢的要深因为IF钢的屈服强度低。
母材的屈服强度和抗拉强度见表3。
图4熔核尺寸和电流峰值的关系
表3电阻点焊焊接材料的机械性能
为了确定不同材料焊接质量，对焊接件进行了强度测定。
设计手工点焊的结构通常使焊缝剪切时加载部分暴露在拉伸或压缩载荷。
在某些情况下，焊缝可能处于拉紧状态，那里的载荷方向处于正常位置，或者是拉伸和剪切的组合[1]。
在这项研究中，在17个周期（1周期=0.02s）和6bar的焊接中，受焊接电流的峰值影响，不同材料焊接产生的拉伸剪切和承载能力见表3。
结果显示图像见图5。
图5焊接材料的拉伸剪切力的承载能力
这样发现母材的拉伸剪切力的承载能力是随电流峰值的增加而增加的（图5）。
焊件拉伸剪切载荷承载能力的增强取决于电流峰值的增加，使熔核尺寸扩大。
由于在电极上施加一段时间的压力，使焊接过程中点焊焊头凝固。
当电流切断（自动）焊头在压力下凝固。
在此期间，在焊接区由于金属的快速冷却的地方发生应力硬化。
提高电流峰值，或焊接时间和电极压力增大变形硬化，因此可以增加焊接熔核的拉伸剪切强度[8]。
熔核尺寸也是测定点焊质量的一个重要的关键参数。
因此直径或融合带的宽度必须符合相应的规范设计标准的要求。
点焊在正常生产条件下是可靠的，应该有一个最低熔核直径以外最薄厚度的3.5-4倍[1]。
这项研究是为了确定熔核尺寸和焊接电流峰值之间的关系。
结果如图5所示。
测量焊缝熔核尺寸后发现熔核大约是三倍的外部的厚度的联合是可接受的（图4）。
结果从图4中可以得到，在能源输入，焊缝熔核的尺寸是由于电流峰值的增加而增大。
对类似于镀锌无间隙原子（冷成型）钢板和奥氏体不锈钢是由VuralandAkkus研究的[6]。
他们报告说，电流峰值的提升提高了熔核尺寸的大小对焊接造成的拉伸剪切承载能力也得到了提高。
Sharma等[9]和Gupta等人[10]也同样报道了，焊接材料的拉伸剪切载荷的承载能力的增加是由于熔核尺寸的扩大引起的。
普及程度是影响焊接质量的重要因素之一。
穿透深度是与电极接触到熔核的距离。
最低的渗透深度普遍是板材厚度的20%，而穿透深度不应超过厚度的80%[1]。
本研究的结果表明，金属厚度的焊缝熔深在20%到80%之间内寻找。
然而，焊缝渗透是根据的焊接电流峰值的增加而增加，因此焊件的拉伸剪切载荷的承载能力也增加。
表面分离是影响点焊焊接质量的因素之一，在贴合面焊缝因膨胀和收缩和电极压力产生热量[1]。
在这项研究中，获得正常分离。
这可以归因于发达国家对母材金属焊接成型的过程的正确理解。
对拉伸剪切时间的断裂特性进行了评价。
焊接材料的显微组织聚集见图6（a）-（c）。
图6拉伸剪切试验样品的断裂模式：
（a）4kA，（b）7kA，（c）9kA
结果表面，该失效是由于无间隙原子钢板侧的点焊发生撕裂导致的。
断裂处没有采用材料焊接。
在这些材料中，样品采用4kA的电流峰值导致按钮的形状不同于其他采用7和9kA峰值电流的断裂的样品，IF钢热影响区外的焊接面开始断裂。
结果证实，随着力量的增大，界面区域的断裂转移到热影响区。
延性也是影响现场焊接质量的重要因素之一。
电阻焊的韧性是由母材金属的成份和高温影响，随后迅速降温组成的。
延展性测量最好的办法就是硬度测试，金属硬度通常是它自身延展性的迹象[1]。
因此，硬度测量是在焊缝熔核，热影响区和焊接母材上进行的，见图7。
影响硬度的电流峰值通过焊件的确定和结果见图7。
图7焊接材料硬度介绍
如图7，硬度值之间的重要区别是观察焊接熔核，热影响区和由于不同材料的化学成分性质的母材。
结果表面，IF钢的焊接熔核和热影响区的硬度比不锈钢的要低。
此外，没有观察到焊接电流峰值（4-7-9kA）与相关硬度值的波动范围，因为母材的化学成分，没有足够影响淬透性的合金元素如碳，猛等。
点焊薄板时，当含碳量超过0.08%可以得到较高的硬度[11]。
从表一中可出，在这项研究中这两种母材的含碳量少于可接受延性的焊件。
3.2电流峰值对显微组织的影响
从光学显微镜观察焊缝熔核，母材热影响区和热影响区的过渡区域如图8所示。
如图8所见，焊缝熔核具有柱状结构。
电流的增加导致焊缝熔核和热影响区的组织晶粒粗大。
这图片被普遍评价，这些区域的微观组织与原来母材有很大的不同。
不同于母材，人们注意到，晶粒的增长是因为热传递的产生。
因此，热影响区晶粒生长更广泛的区域面积被发现IF钢焊接端具有比不锈钢更高的导热系数。
无间隙原子钢显露出从小晶粒细化从奥氏体转变到铁素体，他们也发现晶粒在高温下迅速生长。
在奥氏体不锈钢中，奥氏体母材显示了相对较低的合金元素的扩散速度，较高的热膨胀系数和高电阻。
因此，相对于铁素体不锈钢，热影响区晶粒生长和固态转变往往发生缓慢，但焊接收缩压力可能会非常高[12]。
图8焊件的微观结构
在焊缝熔核，发现晶粒的生长方向和电极压缩方向平行。
在图8中能清楚看到；材料的电阻点焊的基础上形成的金属颗粒是面向地方IF钢金属板材的传热比奥氏体不锈钢薄板更快。
点焊质量最重要的因素之一是内部不连续效应。
内部的不连续性，包括裂缝，孔隙度或海绵状金属，大腔体和非金属夹杂物[1]。
在这项研究中在焊缝熔核中心施加7和9kA的焊接电流也可以观察到一些焊件中的孔洞（图9）。
点焊中造成这些内部缺陷一般是因为电极压力过低，焊接电流过高或者其他产生过多的焊接热条件[13]。
由于高的热膨胀，高焊接收缩株可以成为这些内部缺陷负责。
据报道，如果位于中央部分的焊缝熔核完全，这些缺陷将不会对焊缝的静强度和疲劳造成影响[1]。
这是正确的，因为在焊缝熔核中心部分应力基本上是零。
拉伸剪切从表3试验结果还证实，三是没有关系的每三个一组样品峰焊接电流大的波动。
图9在焊核中心的缩孔
4．结论
据发现，焊头拉伸剪切承载的能力是由于焊接电流对熔核尺寸的扩大而增加的。
发现IF钢材料的焊接接头的熔核尺寸比奥氏体不锈钢的熔核尺寸要大。
熔核尺寸之间的差异是因为接触不锈钢和IF钢的电极有8到9毫米的差距。
缺陷发生是因为在所有条件下材料的点焊焊接金属薄板后发生原子间隙撕裂。
该弱化的主要原因是IF钢在热影响区的晶粒生长过大，为7114级。
这没有遵循两种焊件焊接电流的硬度值波动范围（4-7-9kA），因为化学键组成的金属中没有太多的合金元素对渗透性起到影响作用。
能量过大会造成焊点熔核和热影响区的组织粗大。
晶粒生长朝向散热比不锈钢快的自由间隙钢。
在加7到9kA的电流后观察在点焊熔核内产生空腔。
这些焊点的内部缺陷是因为电极压力偏低，焊接电流过高或者其他任何会导致焊缝产生过多热量的条件。
鸣谢
作者必须要感谢ZonguldakKaraelmas大学，科学研究所，工程与科学研究委员会在这次研究中提供的支持和帮助。
作者同时要感谢SerhatAydog˘an博士在材料提供方面的帮助和他们亲切友善的支持。
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