PHS1800热成形钢电阻点焊接头截面特性及工艺优化.pdf

第 15 卷 第 9 期 精 密 成 形 工 程 2023 年 9 月 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 83 收稿日期：2023-04-10 Received：2023-04-10 基金项目：辽宁省自然科学基金（2023-MS-320）；辽宁省重点研发计划（2020JH2/10100011）Fund：Liaoning Province Natural Science Foundation Project(2023-MS-320);Key R&D Project of Liaoning Province(2020JH2/10100011)引文格式：刘岩,刘晓昂,叶海青,等.PHS1800 热成形钢电阻点焊接头截面特性及工艺优化J.精密成形工程,2023,15(9):83-89.LIU Yan,LIU Xiao-ang,YE Hai-qing,et al.Section Characteristics and Process Optimization of Resistance Spot Welding Joint for PHS1800 Press Hardening SteelJ.Journal of Netshape Forming Engineering,2023,15(9):83-89.PHS1800 热成形钢电阻点焊接头截面特性 及工艺优化 刘岩a，刘晓昂b，叶海青b，杨栈琳b，刘澳b（沈阳大学 a.辽宁省先进材料制备技术重点实验室 b.机械工程学院，沈阳 110044）摘要：目的目的 研究不同参数下 PHS1800 热成形钢电阻点焊接头截面特性及其工艺。方法方法 利用金相显微镜、扫描电子显微镜和万能试验机，对点焊接头的焊点熔透率、压痕率、熔核直径、压痕直径及拉伸性能进行测试。结果结果 随着焊接时间的增加，各截面特性总体呈线性增长的趋势，当焊接时间超过 0.6 s 时，接头熔核直径减小；随着焊接电流的增大，各截面特性整体呈上升的趋势，当焊接电流为 11.5 kA 时，熔透率达到峰值，继续增大焊接电流，压痕率迅速上升；随着焊接压力的增大，熔透率增至 59.17%后不断减小，压痕率不断增大，熔核直径与压痕直径无明显变化。基于三因素八水平正交实验，确定点焊接头最大拉伸载荷为 16.54 kN，其断口为脆性断裂。结论结论 焊接时间和焊接电流对点焊接头截面特性的影响较为显著，拉伸性能受焊接电流的影响最大。实验得到了成形良好的焊接接头，最优参数如下：焊接时间为 0.6 s，焊接电流为 11.5 kA，焊接压力为 2.0 kN。本实验可为热成形钢在汽车加工中的应用提供理论基础和技术支持。关键词：电阻点焊；PHS1800 热成形钢；正交实验；截面特性；工艺优化 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.09.010 中图分类号：TG442 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)09-0083-07 Section Characteristics and Process Optimization of Resistance Spot Welding Joint for PHS1800 Press Hardening Steel LIU Yana,LIU Xiao-angb,YE Hai-qingb,YANG Zhan-linb,LIU Aob (a.Liaoning Provincial Key Laboratory of Advanced Materials&Preparation Technology,b.School of Mechanical Engineering,Shenyang University,Shenyang 110044,China)ABSTRACT:The work aims to study the section characteristics and process of resistance spot welding joint for PHS1800 press hardening steel under different parameters.The penetration rate,indentation rate,nugget diameter,indentation diameter and ten-sile properties of spot welding joint were tested by metallographic microscope,scanning electron microscope and universal test-ing machine.With the increase of welding time,the overall trend of each section characteristic increased linearly.When the welding time exceeded 0.6 s,the nugget diameter of the joint decreased.With the increase of welding current,the overall char-acteristics of each section showed an increasing trend.When the welding current was 11.5 kA,the penetration rate reached the 84 精 密 成 形 工 程 2023 年 9 月 peak value,and the indentation rate increased rapidly when the welding current continued to increase.With the increase of welding pressure,the penetration rate increased to 59.17%and then decreased,the indentation rate increased,and the nugget diameter and indentation diameter did not change significantly.Based on the orthogonal experiment of 3 factors and 8 levels,it was determined that the maximum tensile load of the spot welding joint was 16.54 kN,and the fracture was brittle.The welding time and welding current have a significant effect on the section characteristics of spot welded joints,and the tensile properties are most affected by the welding current.Under the experimental conditions,a well-formed welding joint can be obtained.The optimal parameters are welding time 0.6 s,welding current 11.5 kA and welding pressure 2.0 kN.This experiment can provide theoretical basis and technical support for the application of press hardening steel in automobile processing.KEY WORDS:resistance spot welding;PHS1800 press hardening steel;orthogonal experiment;section characteristics;process optimization 电阻点焊是一种将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法1-2。点焊具有能量集中、变形小、质量轻、静强度高、可靠性好3、性能稳定等特点4，因而在汽车、航空、航天制造工程和电子、仪表、家电工业中都有着广泛的应用5-7。点焊过程是一个高度非线性、具有多变量耦合作用和大量随机不确定因素的复杂过程，熔核的不可见性及焊接过程的瞬时性都使点焊的质量检测与控制较为困难8-10。点焊工艺实验中涉及的因素较多，如焊接时间、焊接电流、焊接压力和电极端面尺寸等11。为了保证焊接质量，在点焊时需要合理地选择工艺参数并使之保持稳定12-14。杨柳等15研究了 MS1300 超高强钢点焊的工艺参数，通过改变焊接电流和焊接时间，研究了不同工艺参数对电阻点焊焊接接头性能的影响。岑耀东等16阐述了高强度钢板电阻点焊的研究进展，提出有关异种材质电阻点焊的研究还有待加强。PHS1800 热成形钢17是一种抗拉强度达到 1 800 MPa 的超高强度车身材料18。热成形钢的材料成形准确度较好19，零件成形后不产生回弹效应20，具有极高的延展性与机械安全性21，是车身轻量化的重要材料22，且制造成本较低，因此在汽车加强杆和保险杠骨架生产中应用广泛23-25。电阻 点焊有多种 影响因素，各工艺参数 对PHS1800 热成形钢点焊接头截面特性及拉伸性能的影响规律尚不明确。本文以 PHS1800 热成形钢为焊接对象，考察不同焊接参数对电阻点焊接头截面特性的影响，并根据单因素分析结果设计正交实验，以拉伸性能为参考，对工艺参数进行了优化设计。研究结果可为热成形钢在汽车加工中的应用提供技术支持。1 实验 实验选用本钢生产的 PHS1800 型号的钢板作为基板材料，其厚度为 1.2 mm。在实验室中将基板材料进行热处理后得到热成形钢，其拉伸强度达到1 800 MPa。表 1 为 PHS1800 热成形钢的化学成分。实验设备为安川 MS165 多功能机器人配合新型控制柜 DX200，如图 1 所示。利用线切割技术将母材切成 100 mm25 mm1.2 mm 的试样后，对试样进行打磨清洗，并做吹干处理。采用搭接方式进行电阻点焊，点焊接头搭接形式如图 2 所示。图 3 为 PHS1800热成形钢点焊工艺图。采用 OLYMPUS SZ61 光学显微镜测量点焊接头的熔核直径、熔化深度、压痕深度和压痕直径。根据GB/T 26512008焊接接头拉伸实验方法，采用线切 割 技 术 加 工 拉 伸 标 准 试 样，在 室 温 下 利 用WDW-100B 万能实验机对拉伸件进行拉剪力测试，拉伸速率为 5 mm/min。利用日立 S-4800 扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）分析拉伸件断口形貌，倍数设置为 500。表 1 PHS1800 热成形钢化学成分 Tab.1 Chemical composition of PHS1800 press hardening steel wt.%MnNC SiSB Als VPTi1.42 0.039 0.310.06 0.001 0.021 0.39 0.160.02 0.02 图 1 DX200-MS165 点焊设备 Fig.1 DX200-MS165 spot welding equipment 第 15 卷 第 9 期 刘岩，等：PHS1800 热成形钢电阻点焊接头截面特性及工艺优化 85 图 2 点焊接头搭接形式示意图 Fig.2 Schematic diagram of spot welding joint 图