锌铝镁镀层汽车钢板CMT焊接性能研究.pdf

28 2023年第04期WELDING焊装接头分别为 I 型对接接头及搭接接头。焊接试验分为 2 组，分别为对接试验和搭接试验。首先将两个试片放置在焊接平台上，然后用简易工装夹具进行固定和夹紧，不断调节焊接速度和送丝速度等参数进行试焊至得到外观成形较好的焊缝，最后施焊及记录焊接参数。拉伸试验试样按照 GB/T228 金属材料拉伸试验的要求进行加工制作，实验室环境温度控制在(235)，试验结束之后记录焊接接头的抗拉 强度。硬度测试中硬度点位于板材表面 1/3 t位置，由上板母材开始打点过熔合线至焊缝区域 2 3点，然后沿直线打到下板下表面 1/3 t与热影响区分隔线交接处。热影响区和焊缝的硬度点间距为0.2 mm，母材部分的点间距为 0.4 mm。试验结果与分析1.焊缝表面形貌 图 1 中#1 和#2 分别为对接焊缝和搭接焊缝表面形貌，焊缝成形较好，焊缝连续无脱焊且未烧穿，表面均匀一致，无气孔、裂纹及咬边等焊接缺陷。正面成形均匀连续，焊缝正中光亮，两侧近焊趾的热影响区轻微发黑，热影响区宽度较为了研究锌铝镁镀层钢板焊接性能，本文介绍了对 DC53D+ZM 钢板进行 CMT 焊，并在焊后进行力学性能分析、显微观察及硬度测试，为实际汽车生产过程中锌铝镁镀层钢板的使用及焊接状态的选择提供参考。广州汽车集团股份有限公司 刘美娜锌铝镁镀层汽车钢板 CMT 焊接性能研究随着汽车产业的飞速发展，人们对其质量的要求越来越高，汽车用钢的耐蚀性也越来越受到重视。通过在锌层里添加 Al、Mg 等元素获得锌铝镁镀层，锌铝镁镀层钢板具有优良的耐蚀性，镀层硬度高，摩擦系数低，600 MPa 以下的板材都能实现量产，是一种新型的环保节能材料，采用现有热镀锌技术大规模生产，可替代普通镀锌板应用在汽车制造领域。随着 2008 年宝马提出用 70 g/m2锌铝镁镀层替代 100 g/m2纯锌镀层方案，锌铝镁镀层产品首次进入汽车用钢领域。锌铝镁镀层钢板应用在汽车小零件上，如过滤器壳体、散热器风扇电动机罩及电池模块盖等，目前国内首钢与宝钢已具备批量生产锌铝镁镀层钢板的能力。锌铝镁表面镀层成分复杂，焊接难度大，汽车钢板常用连接方式 CMT 焊要得到充分验证，才能保证新的钢板量产应用的可靠性。通过对 DC53D+ZM 锌铝镁镀层钢板进行CMT 焊，并在焊后进行力学性能分析、显微观察及硬度测试，为 DC53D+ZM 锌铝镁镀层钢板在汽车领域的量产应用提供强度保障。试验材料与方法1.试验材料试验材料为 DC53D+ZM，板厚为 1.6 mm，试片尺寸为 350 mm150 mm，焊缝熔深要求全焊透。焊前采用酒精除去待焊表面油污。2.试验方法焊接试验采用机器人自动弧焊，焊接设备采用Fronius CMT Advanced 4000 焊机，焊丝型号为ER50-6，直径为1.2 mm，气体流量为 15 L/min，保护气体成分为 CO2+Ar，干伸长为 11 mm，焊接图 1 焊缝表面形貌28-38 焊装.indd 282023/6/26 14:58:42292023年第04期小，发黑物主要为表面镀层的烧蚀物及焊接氧化物，说明锌铝镁镀层汽化后被保护气体吹向热影响区或通过间隙流向反面，焊缝反面及近熔合区发黑较严重，有明显的镀层烧蚀现象，焊趾附近表面颗粒性焊渣密集，该焊渣主要为锌铝镁镀层的烧蚀物。由于锌基系涂镀板材因表面与内部成分元素熔沸点不同，很难实现同一焊接参数对各元素的兼容。当焊接温度达到基材熔点时，Zn、Mg 已汽化，Zn-Mg 混合蒸汽或蒸发，或进入熔池，蒸发导致表层合金镀层流失，耐蚀性下降，进入熔池易导致焊缝 夹杂。2.焊缝断面形貌将不同焊接参数下得到的焊缝沿横截面切开，用砂纸打磨平整，然后用酒精清洗，再采用低倍显微镜观察断面形貌。由图 2 可知，焊缝内部均未出现未熔合、气孔、裂纹等 缺陷。焊接可靠性需要规定合理的焊接尺寸来保证，实际生产过程中，焊缝强度与焊缝厚度、焊脚长度、熔深、余高等密切相关。其中焊缝厚度为焊缝根部和焊缝表面之间的最短距离，通常要求对接焊缝厚度均不小于板厚，搭接焊缝厚度均不小于 0.7 倍板厚；焊脚长度是指焊缝表面曲线最低点处的切线与母材交线的三角形截面中直角边长度，通常要求焊脚长度不小于板厚；熔深是指在焊接接头的横截面上，母材或前道焊缝熔化的深度，通常要求熔深不小于 0.2 mm；余高是指焊缝表面两焊趾连线上的那部分金属高度，通常要求不大于 1 mm。关于焊缝断面尺寸，对接焊缝厚度均不小于板厚，熔宽均不小于 4 mm，焊缝的余高均不大于 1 mm，满足要求；搭接焊缝厚度均不小于 0.7 倍板厚，熔深均不小于 0.2 mm，焊脚长度均不小于板厚，余高不大于 1 mm，满足要求。3.力学性能将 不 同 焊 接 参 数 下 得 到的 焊 缝 加 工 成 15 组 拉 伸 试样，用拉伸试验机进行拉伸试验，其中对接接头抗拉强度可达300 MPa，搭接接头抗拉强度可达 290 MPa。试验发现，15组试样形变趋势一致，焊缝两侧明显颈缩，并在颈缩最严重的母材处断裂，说明焊缝强度不低于母材强度。4.硬度分布为了更全面地评估锌铝镁镀层钢板 CMT 焊接接头的组织和性能，采用硬度计检测了优化工艺下焊接接头。根据焊接接头的硬度分布测试及分布情况，焊接接头横向硬度呈“W”形分布，中心区域硬度值稍稍偏高。焊接接头处母材区显微硬度值约 100 HV，热影响区硬度值约 100 150 HV，热影响区的显微硬度值从靠近母材区到焊缝区依次增大，焊缝区显微硬度值最高约为 240 HV，表现出明显的焊接接头中心区硬度高、两侧硬度低的特点，接头硬度分布规律性较好。结论DC53D+ZM 锌铝镁镀层汽车钢板 CMT 焊后具有良好的抗拉伸性能，可达 300 MPa，焊缝强度不低于母材强度，并且可得到符合要求的焊接接头断面尺寸，且接头硬度分布规律性较好，最高硬度在 250 HV 以下，可用于实际汽车生产。图 2 焊缝断面形貌28-38 焊装.indd 292023/6/26 14:58:42