【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的攪拌頭，并在室溫下旋轉(zhuǎn)攪拌頭將攪拌針壓入試樣。不同于攪拌摩擦焊的是攪拌摩擦點(diǎn)焊的攪拌頭不必移動(dòng)，也就不會(huì)形成線性焊縫，取而代之 的 是在某點(diǎn)的焊接結(jié)束后，攪拌頭即從工件上撤下，最終形成類似于電阻點(diǎn)焊的焊點(diǎn)。 電阻點(diǎn)焊 電阻點(diǎn)焊（ Resistance Spot Welding，簡(jiǎn)稱 RSW）是較受汽車工業(yè)青睞且應(yīng)用較為廣泛的傳統(tǒng)材料連接技術(shù)之一 [12]。把工件裝配成搭接接頭，并將其壓緊于上下電極之間，利用瞬時(shí)電流通過(guò)工件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱熔化母材金 屬，經(jīng)冷卻后形成焊點(diǎn)的焊接方法即為電阻點(diǎn)焊。圖 為電阻點(diǎn)焊原理示意圖。電阻點(diǎn)焊過(guò)程中，熔核周圍被高溫塑性金屬環(huán)（見(jiàn)圖 ）包圍，使熔核內(nèi)部已經(jīng)熔化的液態(tài)金屬與外界氣體隔絕，防止熔核中的液態(tài)金屬和空氣中的某些氣體發(fā)生冶金反應(yīng)，目的是保證焊點(diǎn)熔核成分基本不變，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)保護(hù)氣體條件下的焊接。電阻點(diǎn)焊焊接過(guò)程中所需的熱量是由焊接通電瞬間電流流經(jīng)工件產(chǎn)生的電阻熱提供的，即電阻點(diǎn)焊的熱源為內(nèi)部熱源；且整個(gè)焊接過(guò)程中必須保持對(duì)工件施加壓力，無(wú)論是加熱過(guò)程、焊接過(guò)程還是冷卻過(guò)程，以上也是電阻點(diǎn)焊兩個(gè)最顯著的特點(diǎn)。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 圖 圖 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼特殊的物理化學(xué)性能決定在其焊接過(guò)程中會(huì)存在一些問(wèn)題。研究表明，高 強(qiáng) 鋼電阻點(diǎn)焊過(guò)程中 主要 存在 以下 問(wèn)題： （ 1）焊接工藝窗口狹窄 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼的高強(qiáng)度導(dǎo)致其塑性溫度區(qū)間變窄，這就意味著在電阻點(diǎn)焊過(guò)程中，為了使 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼焊點(diǎn)處獲得與普通鋼相同程度的塑性變形，需要施加更大的電極壓力，這直接導(dǎo)致了 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼焊接工藝窗口變窄。圖 是 幾種不同鋼種的點(diǎn)焊工藝窗口，由圖可見(jiàn)， 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼的點(diǎn)焊工藝窗口最為狹窄，這表明它的焊接性不是很 好。 圖 （ 2）電極變形、磨損嚴(yán)重 當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，電極工作面就會(huì)在點(diǎn)焊過(guò)程中壓力的作用下迅速變形，甚至被壓饋，導(dǎo)致電極不能正常工作。 （ 3）結(jié)合面斷裂 試驗(yàn)中部分焊點(diǎn)拉剪斷裂模式為結(jié)合面斷裂， 焊接熱輸入較小時(shí)，焊點(diǎn)熔核尺寸比較小，接頭拉剪力也比較低，結(jié)合面斷裂最容易發(fā)生。 本文的主要研究?jī)?nèi)容 本文采用電阻點(diǎn)焊技術(shù)，對(duì)牌號(hào)為 DP600 的 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼進(jìn)行試驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容如下： 分析 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼的電阻點(diǎn)焊焊接性； 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 研究 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊接頭的微觀組織及 力學(xué)性能，并分析焊接缺陷； 通過(guò)正交試驗(yàn)選定焊接最佳工藝參數(shù)； 分析最佳參數(shù)下的 點(diǎn)焊接頭的顯微組織、顯微硬度和力學(xué)性能以及點(diǎn)焊 接頭 的拉剪斷裂形式 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 試驗(yàn)材料與方法 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)用鋼為牌號(hào)為 DP600 的 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼。 DP600 微觀組織如圖 所示， DP600 先進(jìn) 高強(qiáng)鋼的顯微組織清晰可見(jiàn)，馬氏體均勻分布在鐵素體 的 基體上。較軟的鐵素體基體和較硬的馬氏體同時(shí)存在， 可以 使 DP600 高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度和韌性得到了很好的協(xié)調(diào) 。按照GBT2282020 將母材制作成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示： DP600 高強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度為 630MPa。圖 為 DP600 高強(qiáng)鋼的力 位移曲線。 表 600DP 高強(qiáng)鋼的化學(xué)成分 C SI Mn P S AL Nb ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 力位移曲線024681012141618200 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20mmkN 圖 母材微觀組織 圖 DP600 高強(qiáng)鋼力 — 位移曲線 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器 焊接設(shè)備： WLSP50K 氣動(dòng)式交流脈沖點(diǎn)焊機(jī)； 金相設(shè)備： 金相鑲嵌機(jī)，預(yù)磨機(jī)，金相拋光機(jī)，電子 顯微鏡，體顯微鏡； 硬度測(cè)設(shè)設(shè)備：顯微硬度測(cè)試計(jì)； 拉伸試驗(yàn)設(shè)備： SANS(新三思 )拉伸機(jī)； 其他設(shè)備： 金屬剪板機(jī)，線切割機(jī)、砂輪機(jī)； 工具：手鉗，丙酮，砂紙，焊機(jī)電極、錘子，臺(tái)式虎鉗，鋸條 。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 試驗(yàn)方法 DP600 高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊工藝 DP600 高強(qiáng)鋼切成規(guī)格為 100mm 40mm 的試樣，用作金相分析和拉剪試驗(yàn)。 并且試樣都要經(jīng)過(guò)噴砂和丙酮清洗才可以開(kāi)始焊接。 按照 圖 的方式裝配待焊試樣。試驗(yàn)采用 WLSP50K 氣動(dòng)式交流脈沖點(diǎn)焊機(jī) （見(jiàn)圖 ） 對(duì) DP600 高強(qiáng)鋼進(jìn)行電阻點(diǎn)焊。焊機(jī)上安裝的電極是球面電極，其電極頭端面直徑為 13mm、長(zhǎng)度為 38mm。 圖 WLSP50K氣動(dòng)式交流脈沖點(diǎn)焊機(jī) 本次試驗(yàn)采用的是單脈沖 點(diǎn)焊 。 單脈沖點(diǎn)焊試驗(yàn)中，主要通過(guò)調(diào)整焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力來(lái)分析電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)對(duì)點(diǎn)焊接頭顯微組織結(jié)構(gòu)、熔核尺寸以及接頭力學(xué)性能的影響，此焊接過(guò)程采用的焊接工藝如圖 所示。表 22 給 出了電阻點(diǎn)焊焊接工藝參數(shù)范圍。 圖 WLSP50K氣動(dòng)式交流脈沖點(diǎn)焊機(jī) 圖 操作面板 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 單脈沖電阻點(diǎn)焊工藝示意圖 表 電阻 點(diǎn)焊工藝參數(shù)范圍 工藝參數(shù) 單脈沖點(diǎn)焊 焊接電流 KA 焊接時(shí)間 cyc 1020 電極壓力 KN 微觀分析 焊接完成后，沿著熔核中心方向垂直于試樣表面將點(diǎn)焊接頭切開(kāi)作為金相試樣。經(jīng)過(guò)對(duì)金相試樣的打磨、拋光后，用硝酸酒精溶液作為腐蝕液對(duì)處理好的焊點(diǎn)截面進(jìn)行腐蝕，然后進(jìn)行顯微分析。 性能測(cè)試 (1)顯微硬度測(cè)試 顯微硬度測(cè)試采用維氏硬度計(jì)進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)， 載荷 為 50g。圖 為點(diǎn)焊接頭顯微硬度測(cè)試示意圖，點(diǎn)間距為 ，依次記錄各點(diǎn)的顯微硬 度值。 圖 點(diǎn)焊接頭顯微硬度測(cè)試示意圖 （ 2）拉剪試驗(yàn) 拉剪試驗(yàn)在 SANS(新三思 )拉伸機(jī) 上進(jìn)行，加載頭的拉伸速度為 2mm/min。在進(jìn)行拉剪試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)樵嚇硬捎玫氖谴罱咏宇^，所以需要在試樣的夾持部分補(bǔ)加和試樣等厚的湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 鋼板，以避免因兩板疊加而產(chǎn)生的附加力矩，保證所受的拉力在垂直 面上。如 圖 所示。 圖 點(diǎn)焊接頭剪切示意圖 試驗(yàn)方案的設(shè)定 優(yōu)化試驗(yàn)可選擇均勻設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)兩種， 實(shí)踐中若水平數(shù)多，因素多而要求試驗(yàn)次數(shù)少的設(shè)計(jì)，一般用均勻設(shè)計(jì)來(lái)安排試驗(yàn)；對(duì)于因素?cái)?shù)，水平數(shù)不多，一般采用正交設(shè)計(jì)。有時(shí)，可以將正交設(shè)計(jì)和均勻設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)使用。 考慮到本試驗(yàn)的因素較少，水平不多，選用正交試驗(yàn)。 正交試驗(yàn)方法 正交試驗(yàn)法是一種科學(xué)地安排與分析多因素試驗(yàn)的方法，通過(guò)它能減少試 驗(yàn)次數(shù)，并在較少試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用所得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得到較優(yōu)的試驗(yàn)結(jié)論。正交試驗(yàn)可以解決以下三個(gè)問(wèn)題： 1）分析因素與指標(biāo)的關(guān)系，找到因素影響指標(biāo)的規(guī)律。 2）分析因素影響指標(biāo)的主次，在諸多影響指標(biāo)的引述中找到主要影響因素，即抓住主要矛盾。 3）尋求獲得最佳指標(biāo)的因素的組合。將正交試驗(yàn)選擇的因素水平組合列成規(guī)范化的表格稱為正交表。正交試驗(yàn)做完后，如何分析數(shù)據(jù)有很多種方法，如直觀分析、方差分析、平均值分析、極差分析等。本試驗(yàn)中數(shù)據(jù)分析采用回歸分析法和極差分析法。 正交試驗(yàn)方案的設(shè)定 焊接參數(shù)的選 取范圍 焊接時(shí)影響焊接質(zhì)量的參數(shù)有焊接電流、焊接時(shí)間和電極壓力。 DP600 鋼板厚，采用以下參數(shù)范圍。 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 表 焊接參數(shù)范圍 焊接電流 — 焊接時(shí)間 10— 20cyc 電極壓力 2020— 4500N 電極尺寸選取 13 38mm。 通過(guò)大量的焊接練習(xí) 發(fā)現(xiàn)電極壓力和周期 固定 后，焊接電流在一 定的 范圍內(nèi)變化，采用控制變量法來(lái)確定參數(shù)范圍，過(guò)程如下 ： 1） 固定電極壓力，改變焊接電流，找出 結(jié)合面斷裂 和飛濺最大的臨界點(diǎn)。 2） 找出最佳焊接電流 后，將其 固定，找出焊接時(shí)間的變化范圍。 3） 根據(jù)上述步驟 ，確定電極壓力變化范圍。 焊接電流、時(shí)間、電極壓力的范圍如下表 表 焊接參數(shù)選取范圍 電流（ KA） 時(shí)間（ cyc） 電極壓力（ KN） 1420 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)參數(shù)范圍焊接電流、焊接時(shí)間、電極壓力各取 3 個(gè)水平，如 表 所示。 表 正交實(shí)驗(yàn)安排表 序號(hào) I（ KA） T（ cyc） F（ KN） 1 2 3 14 15 17 選擇正交實(shí)驗(yàn)表如表 26 所示 表 正交設(shè)計(jì)表 1 1 1 1 2 2 1 3 3 2 1 2 2 2 3 2 3 1 3 1 3 3 2 1 3 3 2 湖北汽車工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 試驗(yàn)過(guò)程 依照 表 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 焊接試樣，每根試樣做好標(biāo)記后 觀察焊點(diǎn)成形及火花飛濺情況 。經(jīng)剪板機(jī)剪后，打磨，在拉伸實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，采集拉伸數(shù)據(jù)。 正交設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)分析 1. Minitab 逐步回歸分析 2. Minitab 線性回歸分析 表 正交實(shí)驗(yàn)參數(shù)表 x1 x2 x3 x11 x12 x13 x22 x23 x