[发明专利]一种提高先进高强钢点焊接头力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高先进高强钢点焊接头力学性能的方法，属于金属材料领域。

背景技术

汽车轻量化降低油耗与排放和提高碰撞安全性的一个重要手段就是采用先进高强度钢。先进高强钢(AHSS)具有成型性能好，强度、能量吸收率和初始加工硬化速率高以及防撞凹性能好等综合优势，迅速发展为汽车制造中应用前景最为看好的轻量化材料之一。其中，安全法规是推动先进高强度钢应用的重要动力。汽车制造中的许多安全零部件，如A、B、C三柱、保险杠防撞梁、门防撞杠和保险杠防冲柱等，逐渐采用了强度在700-1500Mpa的先进高强度钢进行生产。任何新材料的发展和应用都离不开二次加工，只有通过二次加工，才能使材料转换为产品，而这个过程必需高效、低成本及时满足市场需求。焊接技术是开发新材料走向实用化重要的加工方法之一。随着先进高强度钢板在车身中的广泛应用，焊接技术问题变的日益突出。尤其是在白车身装配过程中大量采用高效率和低成本的电阻点焊技术，先进高强度钢板的点焊质量问题一直受到研究人员的密切关注。先进高强度钢板点焊接头质量的不稳定是亟待解决的技术难题。这是因为先进高强钢是在低碳钢中添加少量的镍、铌和/或钛等合金元素，经过固溶体强化、析出强化、晶粒细化强化和应变组织强化，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢的强度。

先进高强度钢对点焊热作用非常敏感，点焊过程中母材重熔，电极压力作用和快速冷却都将影响点焊接头熔核的结晶状态和微观组织，结果反映到接头的物理、化学和力学性能变化。实际生产过程中，先进高强钢电阻点焊极易产生缩孔、裂纹和飞溅等，焊接接头处易出现结合面断裂。目前，研究人员对先进高强钢电阻点焊的研究主要集中在各种高强钢的焊接性、焊接规范参数对焊点组织性能的影响、电极寿命、焊接程序和工艺的优化等，并取得了可喜的成果，如采用恒流控制法、动态电阻法、热膨胀位移法、超声波法与基于人工神经网络和模糊控制的智能控制系统等来提高接头的质量稳定性，其实质均是围绕如何保证熔核尺寸稳定和控制接头熔核组织形成过程。但是，由于点焊过程中各种干扰因素非常复杂和点焊方法本身的特点(焊接电流大、焊接时间短、冷却速度快、压力作用和无损检测困难等)，上述控制方法均有其局限性。

金属材料的点焊过程是在热和机械力的作用下形成塑性环、熔核，并随着通电加热的进行逐渐长大，直至达到所需的熔核尺寸。接头熔核组织的形成经历焊点金属的熔化和凝固、冷却时的固态相变。熔核的凝固过程对焊缝金属的组织和性能具有重要的影响。点焊过程中，由于熔核中的冶金条件(材料的成分和原始组织)和冷却条件(工艺因素)的不同，可能得到性能差异甚大的组织。点焊熔核凝固过程是从自由能最低的熔核边界半熔化的晶粒表面开始联生结晶，然后沿着最大过冷度方向择优生长，一直长至熔核的中心，形成粗大的柱状晶体。金属材料电阻点焊熔核的凝固组织多为柱状晶组织。柱状晶组织的生长特点会形成熔核的薄弱面，且该薄弱面与点焊搭接接头处于高应力区的板缝相重合，将显著降低点焊接头的力学性能。因此，提高点焊接头的力学性能必须改善点焊熔核的凝固组织，由柱状晶组织转变为等轴晶。孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进液体内部形核、抑制晶粒生长，达到细化晶粒的一种方法。优质铸件的生产，控制铸铁凝固时形成的石墨形态和基体金属组织是至关重要的，而孕育处理是生产工艺中最重要的环节之一。在液态铸铁中加入孕育剂，可促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织。熔化焊接时向熔池中添加某些合金元素作为熔池中非自发晶核的质点，可以改变结晶形态，使焊缝金属的晶粒细化，既可提高焊缝的强度和韧性，又可改善抗裂性能。

发明内容

本发明的目的是向点焊接头施焊处添加某些高熔点的合金元素作为熔核中非自发晶核的质点，对熔化的点焊熔核金属进行孕育处理，起到固溶强化和变质处理的作用，从而使熔核金属晶粒细化，改善接头的组织，以达到提高先进高强钢点焊接头的力学性能。