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

背景技術：

電阻點焊工藝中，焊接時出現(xiàn)熔化的母材金屬從搭接板材結合面飛出或者從板材和電極接觸面飛出的現(xiàn)象，稱之為“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，進而使電極修磨頻繁，電極使用壽命變短；并且飛濺產生伴隨著點焊接頭的內部缺陷，影響焊接接頭強度。一般將發(fā)生飛濺時的電流稱為飛濺電流或者上限電流，保證基準熔核直徑的電流稱為下限電流。上、下限電流之間的電流范圍是評價電阻點焊工藝的重要衡量標準，稱為工藝窗口。

當今在汽車車體制造生產中，主要通過電阻點焊來進行車體板材的連接。車體各部分由于承擔作用不同，選用板材也不同。例如，為滿足對乘用人的安全保護和防腐蝕性能，車體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。

在車體制造焊接中發(fā)生飛濺，除會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體表面，影響車體表面美觀，后期需要清除處理，增加生產成本。在實際產線生產中，由于焊機電流穩(wěn)定性以及一致性的原因，實際電流值往往在設定值的上下百分之十左右浮動，獲得較寬的工藝窗口，避免飛濺發(fā)生，具有很強的實際意義。

技術實現(xiàn)要素：

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

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

對待焊鋼工件進行搭接，并向搭接處施加壓力，進行加壓保持；

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)作用第一時間；

在持續(xù)所述第一時間后，移除所述第一焊接電流，并保持第二時間；

在保持所述第二時間后，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)作用第三時間；

在持續(xù)所述第三時間后，使所述第二焊接電流在第四時間內緩降至0；

其中，所述第二焊接電流大于所述第一焊接電流，所述第一時間與所述第二時間之和大于或等于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，所述第一時間為200-700ms。

優(yōu)選地，所述第二時間為300-600ms。

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

優(yōu)選地，所述第四時間為80-240ms。

優(yōu)選地，還包括：

在使所述第二焊接電流緩降至0后，對所述搭接處保持加壓，同時對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)明的電阻點焊工藝方法，首先采用第一焊接電流對涂鍍層進行破壞，再利用第二焊接電流以完成加熱焊接，并設置兩者之間的較長時間的停止輸出以促進涂鍍層材料排出，降低了涂鍍層材料對加熱焊接的影響，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際生產中的可實施性。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本申請的技術方案或現(xiàn)有技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分。其中，表達本申請實施例的附圖與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術方案，但并不構成對本申請技術方案的限制。

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

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

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

圖4是對比實驗1中應用本發(fā)明實施例的電阻點焊工藝方法與對比案例的焊點最大拉剪力對比圖；

圖5是對比實驗2中應用本發(fā)明實施例的電阻點焊工藝方法與對比案例的焊點最大拉剪力對比圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成相應技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。本申請實施例以及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。

在汽車車體制造生產中，涉及到對帶涂鍍層鋼工件的電阻點焊，如對dp950鍍鋅涂層板與鍍鋁硅1500mpa級熱沖壓板的焊接。發(fā)明人針對這種焊接關系的電阻點焊性能進行研究發(fā)現(xiàn)：

現(xiàn)有焊接工藝在焊接過程中，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、沸點、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，溫度達到鋅沸點，液態(tài)鋅發(fā)生汽化現(xiàn)象，此時界面處存在熔融態(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焊工藝方法，采用雙脈沖方式，兩脈沖之間設置一定焊接停留時間，以促進點焊中涂層材料排出，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，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，但同時在電阻點焊時易引起飛濺。

本實施例中，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成待焊接的工件搭接體，對該工件搭接體實施本發(fā)明提出的電阻點焊工藝方法，本發(fā)明對構成搭接關系的鋼材的強度級別沒有特別限制。

本發(fā)明也不限于所焊接的鋼材的生產工藝和涂層工藝，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。

下面將結合圖1所示的流程圖、圖2所示的用于實施本發(fā)明實施例的電阻點焊工藝方法的實施裝置示意說明圖、以及圖3所示的焊接電流輸出時序圖，對本發(fā)明實施例的電阻點焊方法進行說明。

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

構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。點焊電極11a、11b通常為鉻銅材質，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。本實施例中，點焊電極的平端面直徑為6mm。

如圖2所示，壓力通過加壓裝置12提供，壓力產生可基于伺服電機或基于壓縮空氣實現(xiàn)。點焊電極11a、11b相對夾持、對工件搭接體實現(xiàn)加壓作用，壓力輸出的大小及保持時間由加壓控制器8控制。具體的，本實施例中加壓壓力為3-8kn。

設置s110工序，是為了使焊接電極與工件搭接體之間、構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。且在焊接過程中，保持加壓還可促進排鋅和限制熔融態(tài)金屬噴濺的作用。

進一步的，為保證焊接電極與工件搭接體之間、構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)一定長時間，這一時間內的時序稱之為預緊階段，與現(xiàn)有工藝類似，預緊階段持續(xù)時間一般為300-600ms。而在預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，點焊電極11a、11b之間為電流通路，通過電流熱效應，破壞待焊鋼工件的涂鍍層。

圖3所示為焊接電流的輸出時序示意圖，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度為i1，持續(xù)作用第一時間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)進行圖1所示的工序s130，焊接電流輸出狀態(tài)如圖3所示，點焊電極停止輸出第一焊接電流，并持續(xù)保持第二時間t2，在t2時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，第一時間t1與第二時間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。在具體的應用場景中，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，在一個優(yōu)選的實施例中，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)第三時間t3，第二焊接電流的脈沖峰值強度為i2，且第二焊接電流的脈沖峰值強度大于第二焊接電流的脈沖峰值強度，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。在具體的應用場景中，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，在一個優(yōu)選的實施例中，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)第三時間之后，點焊電極輸出的第二焊接電流在第四時間t4內緩降至0，具體見圖3中所示時序。工序s150中這種緩降的焊接電流，可以減緩搭接處焊點的冷卻速度，進而熔融的焊點逐漸冷卻，以促進熔核區(qū)域的均勻性擴散，有利于提高最終焊接接頭的力學性能。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，電阻焊機輸出降為零后，對搭接處繼續(xù)保持加壓一段時間，繼續(xù)冷卻，以使焊點形成熔核。

進一步的，在保持加壓同時，通過圖2中的14，提供循環(huán)冷卻水并從點焊電極處流出，以對焊點進行冷卻，從而提高焊點的冷卻速度以改善最終熔核的力學性能。本實施例中，冷卻水的流速為2cm³/s。

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

此外，圖2的電阻點焊工藝方法的實施裝置中，7為交流電源，用于提供焊接電流。13為電流控制器，用于控制從點焊電極輸出的焊接電流的大小及時序。可以理解的是，圖2中7、8、11a、11b、12、13、14均可通過現(xiàn)有電阻焊機的相應功能部件來實現(xiàn)。例如本實施例中工藝實施所采用的單相交流電阻焊機。

本發(fā)明提出的點焊工藝方法中，首先采用較小電流、較長持續(xù)時間的第一焊接電流，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，之后設置較長持續(xù)時間的停止輸出時序以保證熔化、汽化的涂鍍層材料全部排出。經過以上工序，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。進而用較大電流，較短通電時間的第二焊接電流即獲得足夠尺寸滿足焊接性能的焊核。第二焊接電流結束后，緩降電流保證冷卻速度，促進了由不同基體組織形成的熔合區(qū)的碳擴散，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焊工藝方法，可以完全抑制飛濺，提高工件外觀品質，進而省略了清理工件表面毛刺的工序，提高了生產效率。此外，采用本發(fā)明提出的帶有涂鍍層的鋼工件的電阻點焊工藝方法，設置較長時間的停止輸出工序，在保證獲得規(guī)定焊接強度情況下，還可得到較佳的工藝窗口。工藝窗口定義為焊接發(fā)生飛濺時的電流與保證基準熔核直徑的電流的差值。

下面通過兩組對比實驗，對獲得較佳的工藝窗口的有益效果做進一步說明。

對比實驗1、2中，通過固定部分參數(shù)，設置第二焊接電流的峰值電流為變量進行電阻點焊，以此得出保證焊接接頭為基準熔核直徑的下限電流值以及不發(fā)生飛濺的上限電流值，其中基準熔核直徑為(t為被焊接工件中較厚板材厚度)。點焊接頭焊核直徑通過在leica顯微鏡下的微觀組織測得，點焊時通過目測確認飛濺是否存在。

對比實驗1、2中點焊設備都為基于壓縮空氣加壓式的單相交流電阻電焊機，點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。

對比實驗1、2中，試驗編號1的實施案例采用本發(fā)明工藝方法，試驗編號2的比較案例作為對比，采用較短停留時間，對比實驗1中板材厚度均為1.2mm，獲得實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1對比實驗1的實驗數(shù)據(jù)

對比實驗2中dp590板厚度為1.2mm、鍍鋁硅熱沖壓板厚度為1.8mm，獲得實驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2對比實驗2的實驗數(shù)據(jù)

由表1、表2所示對比實驗數(shù)據(jù)可知，試驗編號1的實施案例與試驗編號2的比較案例相比，工藝窗口的范圍擴大了約1倍。

此外，表1、表2中試驗編號1的實施案例的最大拉剪力(以kn計)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度極限。且如圖4和圖5所示，在同樣的第二焊接電流下，實施案例焊點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)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人員在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。