鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極壽命的研究現(xiàn)狀

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1、先進(jìn)材料連接技術(shù)課程作業(yè)先進(jìn)材料連接技術(shù)研究進(jìn)展及其應(yīng)用學(xué)號：08014111學(xué)院：航空制造工程學(xué)院所在系：焊接技術(shù)與工程學(xué)生姓名：嚴(yán)超英任課教師：邢麗2011年11月鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極壽命的研究現(xiàn)狀航空制造工程學(xué)院08014111嚴(yán)超英前言在汽車制造業(yè)中，為了提高車體的使用壽命，增強(qiáng)車體材料的抗腐蝕性能，具有優(yōu)異防腐蝕性能的鍍鋅鋼板在轎車制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。另外，普通的酸洗噴涂鋼板在制作過程中對環(huán)境的污染很大，而鍍鋅鋼板就比較環(huán)保。故在轎車工業(yè)發(fā)達(dá)的日本、美國，轎車用鍍鋅板逐年增加，并在不久的將來取締酸洗鋼板；在我國，鍍

2、鋅鋼板的應(yīng)用也越來越普遍。以一汽集團(tuán)的奧迪轎車生產(chǎn)為例，其車體全部用鍍鋅鋼板制造，每輛轎車用量為550kg,約占該車鋼板總量的3/4[1]。但鍍鋅鋼板的焊接性與低碳鋼相比較差，點(diǎn)焊過程中飛濺較大，點(diǎn)焊電極燒損較快，電極壽命低，而且焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。如一對電極點(diǎn)焊無鍍層鋼板時(shí)可焊幾千個(gè)焊點(diǎn)，而點(diǎn)焊鍍鋅鋼板則只能焊200個(gè)焊點(diǎn)就需要更換或修理電極。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在每輛現(xiàn)代化的汽車上約有3000-5000個(gè)焊點(diǎn)。因此，隨著鍍鋅鋼板用量的大幅度增加，僅就汽車工業(yè)而言，提高點(diǎn)焊電極壽命就會產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟(jì)效益。1鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極主要的失效機(jī)理點(diǎn)焊

3、電極工作條件惡劣，尤其是焊接鍍鋅鋼板，其失效機(jī)理主要有塑性變形、合金化、燒損等，這都是高溫和壓力共同作用的結(jié)果。1.1塑性變形由于電極頭部的溫度分布不均勻，使得電極頭部產(chǎn)生了不均勻的塑性變形。塑性變形的產(chǎn)生，使得電極頭部的直徑隨焊點(diǎn)數(shù)目的增加而增加，從而導(dǎo)致焊接電流密度下降，熔核焊透率降低，直到熔核直徑減少，焊點(diǎn)強(qiáng)度下降，此時(shí)必須休整電極或更換電極。1.2合金化鍍鋅鋼板點(diǎn)焊過程中，由于鍍層鋅的熔點(diǎn)很低（約為692K)，硬度也低(約91HB)，與銅具有較強(qiáng)的親和力，焊接過程中電極!工件界面處溫度較高，在電極壓力作用下，會發(fā)生鋅對

4、銅合金電極端部的粘附，并且發(fā)生了合金化作用，形成導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力差、硬度低的Cu-Zn合金，使得焊接過程中電極/工件界面的溫度更高，電極端部很快就變成蘑菇狀而變粗，降低了焊接電流密度，使焊點(diǎn)強(qiáng)度降低，甚至電極由于坑蝕作用而失效、報(bào)廢。1.3磨損電極的磨損主要發(fā)生在電極頭部。由于合金化產(chǎn)生導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力差、硬度低的Cu-Zn合金，使得焊接過程中電極/工件界面的溫度更高，電極端部很快就變成蘑菇狀而變粗，導(dǎo)致電極直徑增大和焊接電流密度的下降。因此，要及時(shí)修磨電極，否則就不能保證焊接質(zhì)量和焊點(diǎn)外觀質(zhì)量。2點(diǎn)焊電極的壽命延長方式為了延長電

5、極的壽命，國內(nèi)外學(xué)者做了很多研究。其主要手段分三個(gè)方面：一是電極基體的強(qiáng)化，二是電極表面的強(qiáng)化，三是合適焊接工藝參數(shù)。2.1點(diǎn)焊電極的基體強(qiáng)化通過合金化（固溶強(qiáng)化），冷加工硬化（形變強(qiáng)化）及采用陶瓷增強(qiáng)復(fù)合材料（彌散強(qiáng)化）及深冷處理可以強(qiáng)化Cu基體，提高電阻點(diǎn)焊電極壽命。(1)冷作硬化與合金化鍍鋅鋼板點(diǎn)焊銅電極最常用的強(qiáng)化方法是形變強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化。冷加工可大大提高銅的強(qiáng)度和硬度，對電導(dǎo)率影響較小，因此，工業(yè)應(yīng)用的銅電極廣泛使用冷作硬化來強(qiáng)化。但當(dāng)電極溫度升高到0.4Tm時(shí)，冷作硬化效果顯著減弱，因此焊接溫度不宜高于423K，這

6、難以滿足對鍍鋅鋼板焊接要求。研究發(fā)現(xiàn)，在銅中添加少量合金元素可以明顯改善銅的力學(xué)性能和物理性能，尤其是硬度和軟化溫度有較大提高，但雜質(zhì)元素的增加會降低銅的電導(dǎo)率。目前電極銅合金中常用的合金元素有鉻、鋁、硅、鋯等。由于鉻和鋯元素可極大提高銅的強(qiáng)度，對電導(dǎo)率影響較小，因此常用做點(diǎn)焊電極的主要是鉻銅、鋯銅、鎘銅、鈹銅等。(2)陶瓷增強(qiáng)銅基復(fù)合材料為了提高電極的軟化溫度與耐磨性，需要提高電極的硬度尤其是高溫硬度。常用的方法是在銅基體中加入陶瓷顆粒實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化。這些硬質(zhì)的陶瓷顆粒具有高的強(qiáng)度與硬度，高的高溫性能，因此能顯著提高銅電極的高

7、溫強(qiáng)度與硬度。常用的陶瓷材料有Al2O3、TiB2、TiC、Zr2O3等。彌散強(qiáng)化銅合金是在銅合金中加一定比例的具有高熔點(diǎn)、高硬度、具有良好熱穩(wěn)定性的陶瓷顆粒如ZrO2、SiO2、Al2O3、TiC等(經(jīng)過球磨處理后壓制和燒結(jié))，制成具有不同硬度和電導(dǎo)率的粉末燒結(jié)材料。制備工藝主要有粉末冶金法、機(jī)械合金化以及內(nèi)氧化法等。銅合金的硬度和電導(dǎo)率取決于陶瓷顆粒的含量、粒度與分布。目前研究最充分的是氧化鋁彌散強(qiáng)化銅電極[2]，軟化溫度在1100K以上，焊接鍍鋅鋼板時(shí)不易產(chǎn)生粘附現(xiàn)象，使用壽命為銅電極的4-10倍。(3)深冷處理吳志生等

8、[3]采用氣體法對點(diǎn)焊電極進(jìn)行深冷處理，將被處理的鉻鋯銅電極直接放入液氮中，深冷到-170℃后保溫1.5-2h，在冷箱中緩慢升溫至室溫。深冷處理后，銅合金的晶粒由159.7nm減小為82.9nm，銅基體上出現(xiàn)了大量彌散分布的Cr、Zr顆粒，從而提高合金的抗變形能力，改善了銅電