差強(qiáng)差厚多層汽車(chē)鋼板膠焊熔核形成機(jī)理及工藝優(yōu)化.pdf

1、安全、節(jié)能和環(huán)保是汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的永恒主題，汽車(chē)輕量化是滿(mǎn)足上述要求的有效手段和方法。雙相鋼等先進(jìn)高強(qiáng)鋼材料以其良好的成形性及耐撞性等優(yōu)點(diǎn)正在輕量化車(chē)身制造中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。例如:在車(chē)身前縱梁、B柱等關(guān)鍵部位低碳鋼內(nèi)外板與雙相鋼加強(qiáng)件的差強(qiáng)差厚三層鋼板匹配工況顯著增加，應(yīng)用比例達(dá)33％。而采用傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊工藝連接差強(qiáng)差厚多層鋼板時(shí)常常會(huì)帶來(lái)焊接飛濺嚴(yán)重、工藝窗口狹窄和電極磨損劇烈等問(wèn)題。為此，汽車(chē)制造商試圖采用韌性結(jié)構(gòu)膠接技術(shù)部分替

2、代電阻點(diǎn)焊工藝，但受環(huán)境溫度、濕度和膠粘劑老化等因素影響，膠接接頭強(qiáng)度波動(dòng)大，難以滿(mǎn)足車(chē)身承載能力要求。因此，電阻點(diǎn)焊與膠接的復(fù)合連接工藝（簡(jiǎn)稱(chēng)膠焊技術(shù)），因其綜合了上述兩種連接工藝的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，是目前多層鋼板連接的首選工藝方法。然而，在差強(qiáng)差厚多層鋼板膠焊過(guò)程中，受膠層和鋼板材料屬性的影響，熔核形成規(guī)律及質(zhì)量控制復(fù)雜。例如:膠層的高粘稠性使鋼板間接觸不充分，引起通電生熱異常，甚至難以焊接。差強(qiáng)鋼板材料電阻率、導(dǎo)熱率等物理屬性的差異，使膠

3、焊熔核區(qū)溫度場(chǎng)分布不均勻，帶來(lái)熔核偏移問(wèn)題，熔核尺寸難以保證。因此，迫切需要開(kāi)展差強(qiáng)差厚多層鋼板膠焊熔核形成機(jī)理及質(zhì)量控制方法的研究。
　　為解決上述問(wèn)題，本文以差厚差強(qiáng)三層鋼板膠焊過(guò)程為研究對(duì)象，從膠層入手，分析了膠焊預(yù)壓過(guò)程中膠層耦合作用下的鋼板間接觸電阻變化規(guī)律、焊接通電過(guò)程中鋼板-膠層間的傳熱行為及其對(duì)膠焊動(dòng)態(tài)電阻的影響，建立了三層鋼板膠焊熔核形成過(guò)程的有限元模型，揭示了差強(qiáng)差厚三層鋼板膠焊熔核形成機(jī)理及熔核偏移的內(nèi)在原因

4、?；谏鲜隼碚撗芯拷Y(jié)果，提出了用于改善熔核偏移的不對(duì)稱(chēng)電場(chǎng)輸入方法，形成了三層鋼板膠焊工藝規(guī)范，推動(dòng)了多層鋼板膠焊技術(shù)在汽車(chē)車(chē)身制造中的應(yīng)用。全文開(kāi)展的主要研究工作如下:
　　1)膠焊預(yù)壓過(guò)程中膠層耦合作用下的鋼板間接觸電阻變化規(guī)律
　　針對(duì)韌性膠層的高粘稠性導(dǎo)致的鋼板間接觸不充分問(wèn)題，建立了考慮膠層膜電阻的鋼板間接觸電阻模型，獲得了預(yù)壓階段中鋼板間接觸電阻變化規(guī)律，確定了保證鋼板間充分接觸的膠焊臨界預(yù)壓力。研究結(jié)果顯示，預(yù)

5、壓后殘留于鋼板表面的膠粘劑形成的膠層膜電阻會(huì)使得鋼板間接觸電阻增大。高粘稠度的膠層種類(lèi)引起的鋼板間接觸電阻上升更明顯;而膠層厚度(0～1.4 mm)對(duì)于鋼板間接觸電阻影響不顯著。對(duì)于厚度為0.8mm的DC04，1.4 mm的DP600和1.8 mm的DP780鋼板，使其充分接觸的臨界預(yù)壓電極力分別約為1.0 kN，3.0kN和4.5kN。
　　2)膠焊通電過(guò)程中鋼板-膠層間的傳熱行為及動(dòng)態(tài)電阻變化規(guī)律
　　針對(duì)膠焊過(guò)程生熱異

6、常、飛濺嚴(yán)重問(wèn)題，通過(guò)分析膠焊通電過(guò)程中鋼板與膠層間的傳熱行為建立了膠焊動(dòng)態(tài)電阻方程。研究發(fā)現(xiàn)，相同條件下膠焊過(guò)程中的電阻熱由于鋼板間接觸電阻的增大而增多，而散熱量卻由于鋼板表面通過(guò)空氣向外散熱的途徑受到膠層阻礙而減少，這使得膠焊動(dòng)態(tài)電阻比傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊有所上升:粘稠度較大的膠層引起的動(dòng)態(tài)電阻上升量更大;而膠層厚度并無(wú)顯著影響;且同時(shí)涂有兩層膠粘劑的三層鋼板膠焊接頭具有最大的動(dòng)態(tài)電阻。
　　3)差強(qiáng)差厚三層鋼板膠焊熔核形成規(guī)律

7、>　　針對(duì)差強(qiáng)差厚三層鋼板膠焊熔核偏移問(wèn)題，建立了考慮膠層作用下界面接觸狀態(tài)的三層鋼板膠焊過(guò)程有限元模型，分析了三層鋼板膠焊熔核形成過(guò)程，揭示了差厚差強(qiáng)三層鋼板熔核形成機(jī)理及熔核偏移的內(nèi)在原因。研究發(fā)現(xiàn)，差厚差強(qiáng)三層鋼板膠焊熔核在兩個(gè)鋼板間接觸面上的形成時(shí)刻不同是造成熔核偏移的關(guān)鍵原因。對(duì)于厚度為0.8 mm DC04+1.4 mm DP600+1.8 mm DP780的三層鋼板膠焊，熔核在兩個(gè)鋼板間接觸面上的形成時(shí)間差約80 ms，膠

8、層的存在使得相同電流下三層鋼板膠焊熔核的形成時(shí)刻比無(wú)膠層存在時(shí)提前約40 ms。粘稠度較大的膠層能獲得較大的熔核尺寸;而膠層厚度對(duì)于熔核尺寸的影響并不顯著。
　　4)差強(qiáng)差厚三層鋼板膠焊工藝優(yōu)化
　　基于上述研究結(jié)果，分析了膠層涂覆位置、板材厚度匹配、板材匹配順序等工藝因素對(duì)于差強(qiáng)差厚三層鋼板膠焊熔核偏移影響規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只在薄板側(cè)涂覆膠層或薄板側(cè)鋼板選用高強(qiáng)鋼能使該側(cè)熔核增大，有利于減小熔核偏移。在差強(qiáng)差厚三層鋼板接