热成形硼钢22MnB5与镀锌钢HSLA350焊点宏/微观结构、力学性能及相关机理研究

摘要

随着对汽车轻量化、安全性等要求的不断提高，作为目前最理想的汽车结构件材料之一的超高强度热成形钢在车身上的应用越来越广泛。在车身板中，表面镀有防腐层的镀锌钢板是车身上用量最大的钢板。所以超高强度热成形钢与镀锌钢结合的电阻点焊成为汽车生产中不可避免的异种板材间的焊接情况。由于高强度热成形钢硬度高、电阻率大、热导率高及表面镀有较厚的Al-Si镀层等因素，使其焊接的接头形成过程复杂，容易产生焊接缺陷，只有较窄的焊接工艺范围。因此研究超高强度热成形钢与镀锌钢结合的电阻点焊的接头宏/微观组织特征、力学性能及相关机理具有较大的实际意义。
　　本文以1.35mm热成形硼钢22MnB5与1.5mm镀锌钢HSLA350间的电阻点焊为研究对象。首先采用正交试验，以接头抗拉剪强度及飞溅大小为评判依据，在I=10.0kA，t=12cycles，F=3.2kN的工艺参数得到了性能良好且无飞溅的点焊接头。采用单一变量法研究了点焊主要工艺参数对焊点宏观特征的影响。随着焊接热输入量的增加，开始阶段焊点熔核直径逐渐增大，但是当接头产生严重飞溅时熔核直径反而会减小。在各种工艺参数下，热成形硼钢侧的压下率都总是低于镀锌钢侧的压下率。
　　由微观组织特征的分析可知，焊点可以分为母材（BM）、热影响区（HAZ）、熔核（FZ）三个部分。从母材到熔核区域，22MnB5侧的显微组织依次为：M/回火M+粒状碳化物/F+M/细晶M/板条状M；HSLA350侧依次为：F+少量M/F+絮状P+回火M/F+絮状P+M/F+M/板条状M。由于各区域显微组织的变化，在22MnB5侧的热影响区出现了明显的硬化与软化现象；在HSLA350侧的热影响区，沿着母材到熔核的方向上显微硬度逐渐增加。
　　在拉剪试验中，焊点表现出了四种不同的断裂模式：界面断裂（IF），镀锌板侧熔核拔出型断裂（PFG），镀锌板撕裂并且伴随着热成形硼钢侧熔核拔出型断裂（PFB-TG），热成形硼钢侧熔核拔出型断裂（PFB）。四种断裂模式的断裂界面上都有不同大小、深浅的韧窝形貌。
　　为了研究这两种不同材料间电阻点焊的熔核形成机理，我们对这两种材料的不同厚度的五种组合的焊点形成过程进行了对比分析，当焊接时间较短时都形成了杯锥状的熔核，并且发生了明显的熔核偏移。热成形硼钢侧的焊点直径总是略大于镀锌钢的熔核直径，但随着焊接时间的延长，两种母材侧的熔核直径差异逐渐变小。五种板厚组合中，母材厚度差异越大熔核偏移量也越大。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 汽车用钢简介

1.3 电阻点焊的工艺特点

1.4 热成形硼钢与镀锌钢的电阻点焊研究

1.5 课题来源及主要内容

2 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 焊接试验设备

2.3 点焊接头显微组织及强度分析测试设备

3 热成型硼钢22MnB5与镀锌钢HSLA350的点焊性研究

3.1 正交实验

3.2 电阻点焊工艺参数对焊点的宏观特征的影响

4 热成形硼钢22MnB5与镀锌钢HSLA350点焊接头的显微组织与硬度分析

4.1 焊点的显微组织特征

4.2 焊点的元素分析

4.3 焊点的显微硬度分析

5 热成形硼钢22MnB5与镀锌钢HSLA350点焊接头的力学性能与断裂模式分析

5.1 焊接电流对焊点力学性能及断裂模式的影响

5.2 焊接时间对焊点的力学性能及断裂模式的影响

5.3 电极压力对焊点的力学性能及断裂模式的影响

6 热成型形硼钢22MnB5与镀锌钢HSLA350点焊接头在拉剪试验中的断裂机理分析

6.1 焊点在拉剪载荷下的受力分析

6.2 界面断裂（IF）

6.3 镀锌板侧熔核拔出型断裂（PFG）

6.4 镀锌板撕裂并且伴随着热成形硼钢侧熔核拔出型断裂（PFB-TG）

6.5 热成形硼钢侧熔核拔出型断裂（PFB）

7 热成形硼钢22MnB5与镀锌钢HSLA350点焊接头的熔核形成过程分析

7.1 1.35mm热成形硼钢与1.5mm镀锌钢的板厚组合

7.2 1.35mm热成形硼钢与1.0mm镀锌钢的板厚组合

7.3 1.35mm热成形硼钢与2.0mm镀锌钢的板厚组合

7.4 2.0mm热成形硼钢与1.5mm镀锌钢的板厚组合

7.5 2.6mm热成形硼钢与1.5mm镀锌钢的板厚组合

7.6 分析讨论

8 结 论

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士期间发表的论文