基于Box-Behnken Design（BBD）設(shè)計方法,開展DP780高強(qiáng)鋼膠接點焊的試驗研究。以接頭的失效載荷、熔核直徑為目標(biāo)量,將焊接電流、焊接時間、電極壓力以及各參數(shù)之間的交互作用作為影響目標(biāo)量的因素,建立DP780高強(qiáng)鋼膠接點焊接頭多元非線性回歸模型。試驗驗證表明,建立的多元非線性回歸數(shù)學(xué)模型具備高的顯著性且擬合程度高,可實現(xiàn)對接頭失效載荷、熔核直徑的有效預(yù)測;膠焊接頭的失效載荷、熔核直徑隨焊接電流增大及焊接時間的延長而增大,隨電極壓力的減小而遞增;基于回歸模型獲得最優(yōu)工藝參數(shù):焊接電流8.3 kA,焊接時間150 ms,電極壓力0.3 MPa,對應(yīng)參數(shù)下接頭的失效載荷達(dá)到16 369 N。借助超聲C掃圖像甄別出焊核外存在膠層燒灼氣化區(qū),當(dāng)焊接時間較短時,焊接電流的增加會提供更多的熱輸入量,導(dǎo)致膠層燒灼氣化面積增大,進(jìn)而降低接頭的靜力學(xué)性能。 

【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

膠焊試件的幾何尺寸

膠接點焊接頭的失效載荷由膠層和焊點的強(qiáng)度共同決定,因此粘接和焊點的質(zhì)量都會影響接頭的失效載荷,通過響應(yīng)面分析可知焊接工藝參數(shù)對膠焊接頭失效載荷的綜合影響規(guī)律,如圖2所示。圖2a是膠接點焊焊接電流、焊接時間和電極壓力交互作用對接頭失效載荷的影響,可見膠焊接頭的失效載荷與焊接電流、焊接時間呈正相關(guān),與電極壓力呈負(fù)相關(guān),顯然高的焊接電流、長的焊接時間和低的電極壓力能提高接頭的失效載荷,但并不是無限制的。太高的焊接電流、太長的焊接時間和太低的電極壓力,會導(dǎo)致熱輸入量急劇增加,使熔核直徑擴(kuò)大的速度大大超過塑性環(huán)擴(kuò)大的速度,就會產(chǎn)生飛濺。飛濺的產(chǎn)生會破壞熔核的完整性,導(dǎo)致接頭應(yīng)力集中在熔核邊緣,將降低膠焊接頭的失效載荷,因此要綜合考慮各因素對接頭失效載荷的影響。在電極壓力為0.35 MPa時,焊接電流和焊接時間對失效載荷影響的立體圖和等高線圖如圖2b、c所示,可見:在焊接時間小于110 ms時,膠焊接頭的平均失效載荷隨著焊接電流的增加而減小;然而,當(dāng)焊接時間大于110 ms時,膠焊接頭的平均失效載荷隨著焊接電流的增加而增大,且沿著橫、縱坐標(biāo)45°方向同時增大焊接電流和焊接時間,接頭的失效載荷陡增。圖3為膠接點焊工藝參數(shù)對熔核直徑的影響。由圖3a可見,熔核直徑隨焊接電流的增大及焊接時間的延長而增大,隨電極壓力的增大而遞減,焊接電流對熔核直徑的影響并不是線性變化,但是熔核直徑隨焊接電流變化趨勢最明顯。當(dāng)焊接時間和焊接電流一定時,較小的電極壓力獲得的熔核直徑更大,然而隨電極壓力的增大,熔核直徑會遞減,這是由于電極壓力增加會使兩板之間焊接面的接觸面積增大,導(dǎo)致接觸電阻和電流密度減小,焊接熱輸入量降低,從而導(dǎo)致熔核直徑減小。分析三維響應(yīng)面圖(圖3b)可知,當(dāng)電極壓力一定時,電流在7～7.5 kA內(nèi),熔核直徑隨焊接時間的延長變化趨勢不明顯,這是因為僅改變焊接時間對接頭的熱輸入量改變不大;然而在大電流下,改變焊接時間會產(chǎn)生較大的熱輸入量變化,此時再延長焊接時間所得到的熔核直徑變化更明顯。這是因為焊接電流增大和焊接時間延長,熱輸入會急劇增大,導(dǎo)致熔融的金屬液增多,中心熔核向四周擴(kuò)張更快,從而引起熔核直徑的增加。分析圖3c的等高線圖可見,在焊接時間和焊接電流較小時,改變這兩個工藝參數(shù)對熔核直徑影響較小;若膠焊接頭的熔核直徑較小不滿足要求時,沿著等高線45°方向同時增大焊接時間和焊接電流能夠快速增大熔核直徑,但是焊接電流和焊接時間過大容易發(fā)生飛濺,導(dǎo)致熔核內(nèi)部的部分金屬液被帶走,造成膠焊接頭熔核內(nèi)部產(chǎn)生缺陷,降低接頭的失效載荷,這不利于保證膠焊接頭的質(zhì)量,因此焊接電流和焊接時間取值不宜過大。

對比圖2c和圖3c所示的響應(yīng)面模型等高線圖,發(fā)現(xiàn)膠焊接頭在電極壓力一定時,當(dāng)焊接時間小于110 ms時,隨著焊接電流的增加,熔核直徑逐漸增大,然而接頭的失效載荷卻越來越小,當(dāng)焊接時間大于110 ms時,隨著焊接電流的增加,熔核直徑逐漸增大,接頭的失效載荷也越來越大。為辨析其原因,對比分析兩組膠焊接頭的超聲C掃圖像,如圖4所示。C掃圖像能夠觀察接頭的內(nèi)部形貌,并且能甄別出焊接過程產(chǎn)生的過燒和飛濺,很好地劃分出接頭的熔核區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和膠層氣化區(qū)。兩組膠焊接頭的焊接時間均小于110 ms,其焊接工藝參數(shù)分別為:焊接時間100 ms、電極壓力0.35 MPa、焊接電流7 kA和焊接時間100 ms、電極壓力0.35 MPa、焊接電流9 kA,如圖4a、b所示。分析膠焊接頭超聲C掃圖像,發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊接時間小于110 ms時,焊接電流的增加會提供更多的熱輸入量,導(dǎo)致膠焊接頭的熔合區(qū)、熱影響區(qū)組織分布不均,且膠層氣化的面積更大。此外,在實際操作中觀察到電流增大導(dǎo)致板材翹曲,影響粘接的致密性,因此導(dǎo)致接頭的靜力學(xué)性能降低。圖4 膠接點焊接頭超聲波C掃圖像

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈦合金膠接點焊與電阻點焊接頭性能對比分析[J]. 張龍,曾凱,何曉聰,孫鑫宇.  焊接學(xué)報. 2018(01)
[2]TRIP980高強(qiáng)鋼/SPCC低碳鋼的異種鋼電阻點焊工藝優(yōu)化及接頭性能分析[J]. 岑耀東,陳芙蓉.  機(jī)械工程學(xué)報. 2017(08)



本文編號：3384018