不同材质电极点焊性能研究及其失效分析

发布时间：2017-09-07 08:01

  本文关键词：不同材质电极点焊性能研究及其失效分析

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【摘要】：随着经济的发展,人们生活水平的提高,我国的汽车工业亦因此获得了前所未有的高速发展。镀锌钢板由于其优异的腐蚀防护性能被大量应用于制造汽车车身,如底盘、外覆盖件、前机舱、行旅箱、车门等,部分车型上镀锌钢板的使用量已达100%。目前,镀锌钢板的汽车车身及各组件的焊接生产仍大量采用电阻点焊的方法,这与电阻点焊特有的焊接优异性有关。电极是电阻焊中的主要耗材,目前主要使用CuCrZr合金制造,部分使用Al2O3弥散强化铜等其他铜合金制造。CuCrZr合金电极在点焊镀锌钢板时存在一定问题,主要是熔融锌液易粘附于电极表面使电极工作面合金化,降低了电极的导电导热性能,加速电极损耗导致生产率降低、成本提高,而Al2O3弥散强化铜合金电极价格昂贵,目前应用较少。针对这些的问题,研究人员开发出了多种CuCrZr合金涂层电极,提高了电极的使用寿命。但涂层电极也存在制备相对复杂、涂层耗损完后就相当于普通CuCrZr合金电极不再具有优势等不足。为此,本课题选用CuNiCoBe和CuNiBe合金制作点焊镀锌钢板的电极,与CuCrZr和Al2O3弥散强化铜合金电极进行点焊镀锌钢板的性能对比试验,分析了不同材质电极点焊时焊接区的电阻,测量了不同材质电极在点焊过程中的温度变化,并运用超景深显微镜、SEM、EDS、XRD、光谱仪等分析测试设备对失效之后的电极进行失效分析。结果表明:尽管CuNiBe与CuNiCoBe合金的电导率要低于CuCrZr以及Al2O3弥散强化铜合金,但这四种材质的电极与焊镀锌钢板间的接触电阻大小相当,其原因在于接触电阻主要决定于较软的镀锌层。点焊过程中,四种材质的电极温度均迅速上升并很快进入动态稳定阶段,就散热性能而言,CuCrZr、Al2O3弥散强化铜合金电极要优于CuNiBe和CuNiCoBe合金电极,但各电极在距工作端面最近处测得的峰值温度均为160℃~170℃左右,并无明显差异。按照美国焊接协会标准(AWS/SAED8.9M:2002)测得CuCrZr、Al2O3弥散强化铜、CuNiBe和CuNiCoBe四种材质的合金电极在相同的点焊工艺参数下,点焊镀锌钢板的使用寿命分别为:1600点,4300点,3700点和3500点。对失效之后的四种材质电极进行失效分析,发现:四种材质电极中都存在上电极比下电极磨损严重,以及上电极端面直径增大速率较快的现象;在点焊过程中四种材质电极都存在“坑蚀”与“自愈合”现象及不同程度的合金化,合金化的主要产物为Cu-Zn合金,其主要物相为:CuZn、(CuZn)、Cu5Zn8、Cu1.05Zn0.95。CuCrZr电极的合金化速率最快,Al2O3弥散强化铜和CuNiCoBe合金电极次之,CuNiBe电极合金化速率最小。四种材质电极失效后的显微硬度显示:Al2O3弥散强化铜合金电极端面的硬度下降幅度最小,CuCrZr及CuNiCoBe和CuNiBe合金电极端面的硬度下降幅度较大,但CuNiCoBe和CuNiBe合金电极由于本身硬度较高,因此失效后电极端面仍具有较高的硬度,而CuCrZr合金电极失效后的端面硬度最低,因此其端面最容易发生塑性变形。四种材质电极的失效均是由磨损、塑性变形、坑蚀、合金化等因素共同作用的结果,但因材质及原始组织状态不同,引起失效的上述各因素在不同材质的电极中所起的作用程度也不相同,故其寿命也各不相同。
【关键词】：电阻点焊 电极材料 镀锌钢板 点焊寿命 失效分析
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 第1章 绪论16-27
• 1.1 引言16
• 1.2 镀锌钢板特点及应用16-17
• 1.3 电阻点焊技术简介17-18
• 1.3.1 双面点焊17-18
• 1.3.2 单面点焊18
• 1.4 电阻焊电极简介18-21
• 1.4.1 电阻焊电极作用18
• 1.4.2 电阻焊电极分类18-21
• 1.5 电阻焊电极失效机理21-23
• 1.5.1 塑性变形21
• 1.5.2 合金化21
• 1.5.3 磨损21-22
• 1.5.4 坑蚀与自愈合22
• 1.5.5 再结晶22-23
• 1.5.6 热冲击和热疲劳23
• 1.6 电阻焊电极国内外发展现状23-25
• 1.6.1 国外发展现状23-24
• 1.6.2 国内发展现状24-25
• 1.7 课题研究内容25-27
• 第2章 试验材料，，方法和设备27-36
• 2.1 试验材料27-29
• 2.1.1 点焊母材27
• 2.1.2 电极材料27-29
• 2.2 试验设备及仪器29-31
• 2.2.1 松下YR-350SB2型单相交流电阻焊机29-30
• 2.2.2 其他仪器和设备30-31
• 2.3 试验方法及内容31-36
• 2.3.1 电极点焊工艺参数31
• 2.3.2 电极点焊寿命试验31-32
• 2.3.3 电极端面尺寸与形貌记录试验32-33
• 2.3.4 镀锌钢板点焊接头剪切强度试验33-34
• 2.3.5 点焊区电阻试验34
• 2.3.6 电极温度试验34
• 2.3.7 电极硬度试验34-35
• 2.3.8 微观组织分析35
• 2.3.9 物相分析35-36
• 第3章 点焊电阻试验结果与分析36-41
• 3.1 引言36
• 3.2 电阻点焊电阻试验测试原理及测量过程36-38
• 3.2.1 电阻点焊各部分电阻分布情况36-37
• 3.2.2 QJ44型直流双臂电桥原理37
• 3.2.3 QJ44型直流双臂电桥测量过程37-38
• 3.3 点焊电阻测试结果38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 点焊电极温度分析41-46
• 4.1 引言41
• 4.2 YOKOGAWA/横河DX2008143温度记录仪及测量过程41-43
• 4.3 点焊过程电极温度分析43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 电阻点焊电极寿命分析46-61
• 5.1 引言46
• 5.2 电阻点焊寿命评判标准46-47
• 5.3 点焊寿命评判分析47-60
• 5.3.1 点焊焊点剪切强度分析47-50
• 5.3.2 四种材质点焊焊点熔核直径分析50-54
• 5.3.3 四种材质点焊焊点宏观表面分析54-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第6章 点焊电极失效分析61-87
• 6.1 引言61
• 6.2 点焊电极端面形貌及直径61-65
• 6.2.1 电极端部形貌61-63
• 6.2.2 电极端面直径63-65
• 6.3 点焊电极宏观形貌分析65-66
• 6.4 点焊电极SEM以及EDS分析66-75
• 6.4.1 电极端面SEM以及EDS分析66-69
• 6.4.2 电极端部横截面SEM以及EDS分析69-75
• 6.5 点焊电极XRD分析75-81
• 6.5.1 电极端面XRD分析75-76
• 6.5.2 电极端部合金层逐层XRD分析76-81
• 6.6 点焊电极金相分析81-84
• 6.6.1 电极原始金相分析81-82
• 6.6.2 电极失效后的金相分析82-84
• 6.7 电极硬度分析84-86
• 6.8 本章小结86-87
• 结论87-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士期间发表的学术论文92-93
• 致谢93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 董仕节,Y.Zhou;表面处理对微型点焊镀镍钢板和镍板时电极失效的影响[J];湖北汽车工业学院学报;2002年02期

2 孙中华;曹晓明;杜安;孙忠波;;钢板热镀锌技术的研究现状与发展趋势[J];天津冶金;2005年06期

3 宋加;;我国热镀锌钢板生产及镀锌技术的发展[J];轧钢;2006年03期

本文编号：808337