1、高强度钢 DP600 的临界试样在电阻点焊实验中的研究杨红岗 ，张岩松 ，赖新民 ，陈关龙车身制造技术中心，机械工程学院，上海交通大学，上海 200240，中国公关2007 年 7 月 18 日 2008 年 4 月 1 日 2008 年 4 月 8 日关键词：A.高强度钢 D.电阻点 G.临界试样尺寸摘要：高强度钢（HSS ）具有良好的高强度和韧性，已越来越被汽车公司利用，特别是 DP600 双相钢。在本文中，不同焊接长度的 DP600 试样通过电极修饰的方式实现了电阻点焊。利用统计的方法，研究焊缝长度和关键试样尺寸之间的关系，包括试样宽度和厚度，分析其在拉伸剪切实验中的失效模式。结果表明，
2、焊缝长度，试样的宽度和板材厚度在拉伸剪切试验中对试样的失效模式有很大的影响。试样宽度，厚度和拉伸剪切强度均与焊缝长度成线性增加的关系。研究结果可为拉伸剪切试验分析和点焊结构设计提供指导。2008 爱思唯尔有限公司保留所有权利。1 介绍在过去的几年中，由于发展环境和安全的要求，汽车车身结构和材料的变化很大。汽车公司都在不断寻求改善其车辆的燃油效率，并建立车辆材料库以提高乘员的安全。任何重要部件的使用必须是容易成型，焊接，和修理。为了减轻重量和提高性能，高强度钢（HSS）已越来越被汽车公司利用1-3。高速钢，双相（DP ）钢，很好地结合起来，便其具有高强度和韧性。高强度钢有两种材料组成，体心立方（
3、BCC）的铁素体和面立方（BCT）马氏体。与碳钢相比，DP600 钢具有屈服强度更均匀，较高的总伸长率，使其具有相对良好的成形性。由于操作简单和廉价，汽车普遍使用钢材。电阻点焊（点焊）的主要钣金制造的焊接工艺汽车组件和拉伸剪切强度测试点焊的焊接性是研究的一个重要方面4-12。直观地说，强度焊接试样的测量取决于试样尺寸（宽度，重叠）一些研究人员发现测试试样长度不超过某一临界值，同等大小的试样宽度重叠5 。通过数值试验碳钢仿真学习关键的试样尺寸 7，发现最有影响力的试样宽度的定量关系，建立连接焊缝的几何和机械属性。然而，大多数的研究集中于碳钢材和普通钢的区别。调查椭圆形熔核处理，为测试试样尺寸为D
4、P600 钢钢材提供的信息。由于增加了 DP600 的物理和化学性质钢，DP600 钢的点焊，被视为容易压裂板材表面同一平面上，造成所谓的“界面“，发生骨折，相同的焊接将发送一个相对较低的水平力，减少碰撞条件下的应变能量耗散13-17。由MARYA 的工作表明，焊接的微观结构可以忽略化学成分和镀锌层的影响，并没有可测量的焊接断裂。相比之下，厚度和焊接参数分别影响界面断裂2，和有关的经验公式关键焊接直径和拉伸板材厚度和硬度界面的剪切力也有关系13。分析模型，预测模式，并估计最低的熔核直径14。因此，适当的厚度和强度是可靠的，点焊熔核尺寸可影响车辆的寿命。图 1 修改后的电极示意图在本研究中，高强
5、度的椭圆形焊缝金块通过改变电级，实现了钢DP600 关键试样尺寸的测试，包括试样的宽度和板材厚度，通过统计分析决定在拉伸剪切试验的模式，以及之间的关系椭圆形熔核长度和关键的试样尺寸进行了调查。为了验证这样的规律，实验根据关键标本也进行了多种焊接。用宽度不同的焊缝，研究焊接结构拉伸剪切试验，分析电阻点焊高强度钢。2 实验过程为了研究不同长度的椭圆形的钢块，使用球面不同的尖端直径从 4 到 8 毫米的电极进行研磨边缘 4 毫米的宽度固定，如图所示 1。通过焊接参数的调整，获得相应的椭圆块长度。所使用的材料是热镀锌 DP600 表 1 中列出的化学成分。为了了解各维变量的拉伸剪切试验，四个因素（厚度
6、，宽度，重叠和焊缝长度）被选为实验。试样尺寸示意图所示图 2。试样长度被固定在 110 毫米，根据试样宽度的早期研究7-9。为了获取和分析故障模式，三个试样宽度为 19 毫米，25 毫米和选择从 4 毫米到 8 毫米，38 毫米，焊缝长度增加。两种不同的工作表厚度 0.8 毫米和 1.5 毫米。所有的电阻点焊，装配，使用 C 型交流伺服焊枪与机器人相结合，如图所示。 3。电极位移控制正是由伺服电机反馈，使工件轻轻地触动 2，可避免焊接质量的影响。以消除不可控因素和噪声为宗旨，重叠影响每个结构，随机焊接和测试。选择一个 KDW-20 拉力试验机拉伸剪切试验用 10 毫米/分钟图所示，恒十字头速度
7、。 4.力 - 位移曲线记录每次测试期间，拉伸剪切强度，在力 - 位移曲线的最大力量。实验模式的每个标本也被记录在实验过程中。3 实验结果与讨论五种类型的故障模式拉伸试验试样，如图所示。 5.从中发现，它仅测试基地和标本模式中的金属部分，未能通过外围焊缝，部分是通过在模式 B 的金属模式，从 A 和 B 的实验中发现，测试样品过度缩小或焊缝长度是太大。这两种模式是关系到焊缝质量，因为他们不测试焊缝和焊接强度，定量测量是不能得到的。故障模式 C，D 和 E 相应的焊接按钮撤军分别撕裂贱金属和界面断裂焊缝质量进行测试，因为所需。因此，故障模式可分为两类：意外失败模式（模式 A 和 B）和所需的故障
8、模式（模式 C，D 和 E）标本大小是否是正确的，可以判断其失效模式。图 3 电阻点焊系统图 4 拉伸剪切强度试验机图 5.各类在 DP600 拉伸剪切试验（一）从基撕裂的故障模式金属;（二）部分通过焊缝和部分金属;（三）按钮撤离;（四）撕裂的金属;及（e）界面断裂3.1 关键标本宽度表 2 显示了故障模式标本不同的试样的宽度和焊缝长度。结果清楚地显示故障模式的大小取决于焊缝长度。模式 B 是经常观察标本时太窄或焊缝长度是太大。和大多数的标本时，样品得到较厚的生产模式 e。基于实验观察和上面的讨论，实验结果分为可取和不良的故障模式，然后进行统计分析。因为回归模型的二分财产，理想的处理连续输入和
9、输出变量计数数据被选为获得理想的概率预测故障模式。经过相同的过程，详细描述在驱逐的限制18研究的原始数据试样的宽度和焊缝长度正交变换的过程中，为了避免之间的共线性原来的条款，并估计模型下正交编码为了避免之间的共线性原来的条款，并估计模型下正交编码系统可表示如下：表 2 失效模式的概率为不同的焊接长度、试样厚度和宽度其中 P 为获得理想的故障模式，ZL 和概率ZW 焊缝长度和试样宽度，Z2L 的非线性效应和 Z2 瓦特焊缝长度和宽度试样的二次效。它可以是事实证明，一个一个多项式变换关系原始数据和退出之间的线性，二次效应。在他的系数估计，从实验结果。在正交编码系统式。 （1）为更有效和统计独立。在
10、这项研究中， EQ。 （1 ）被用来获得一个合适的模型，然后它被转换回真正规模的编码系统，如下所示：然后可以得到一个简单的变换拟合概率上面的表达式为对于不同的固定焊缝长度，得到的概率-试样宽度的函数, 绘制成理想的故障模式图。6. 从左至右，实线表示的概率从 4 至 8 毫米焊缝长度达到理想的故障模式分别标记的箭头表示相应关键标本宽度。图 7 显示之间的关系焊缝长度和关键试样宽度。它被发现关键试样宽度的增加而线性焊缝长度。无论厚度，焊缝长度增加时从 4 毫米到 8 毫米，增强关键试样宽度约 42.6。3.2 临界试样厚度它从表 2 可以看出，与较厚的试片，模式 E 是经常观察。然而，由于所消耗
11、的能量大于模式 E 的吸收能量，在模式 C 的情况下，模式 D 是一般失效的首选模式13-7 。 “实验结果表明，厚度为骨折的关键模式。因此，对于不太理想的断裂模式 E，确定临界试样厚度应给予指引结构设计。以估计的关键标本厚度 25 毫米标本的实验结果宽度选择，分为界面断裂和骨折。然后 l 回归模式讨论以上再次选择。概率之间的关系 P和界面断裂试样厚度 t，焊缝长度 L成立后，如下：图 6 获得理想的概率失效模式 图 7 焊缝长度和临界试样宽度之间的关系图 8 概率获得的界面断裂模式。 图 9 焊缝长度和临界试样厚度之间的关系图 11 拉伸剪切强度与焊数量之间的关系界面的概率转折点被定义为关键
12、标本弯曲至 100厚度。临界试样厚度与焊缝长度之间的关系如图.9. 发现的关键线性焊缝长度加长，此时试样的厚度也随之增加。因此，界面厚度变化，可以通过增加或减少焊缝长度。3.3 多焊缝试样.为了验证关键试样宽度确定上述实验，进行焊缝长度分别为 1.5 毫米和4 毫米，6 毫米和 8 毫米的实验。试样尺寸示意图如图 10，对于不同的焊缝长度，和关键样本宽度之间的关系可根据图 7。焊缝点焊之间的间距，从中心到中心测量，采取相同选择的关键试样宽度。图 11 显示测量单和拉伸剪切强度多个不同的焊缝长度，焊缝券。多种焊接被视为线性增加约焊缝的数量，这表明焊缝之间，相互作用可以忽略不计。它还指出，焊缝长度
13、可确定为控制焊接券强度的重要因素。焊缝长度增加，拉伸剪切强度可增强。实验中也观察到失效模式。根据指定关键试样宽度，界面断裂程度两种模式相结合，得到意外故障模式 A 和 B 不发生，如下所示图.12.因此，确定关键试样的宽度对统计分析是有必要的，其结果可以为焊缝间距的选择提供参考。4 结论在这次详细的调查中，努力研究了不同长度的椭圆块形 DP600 钢试样的电阻点焊焊接。利用统计的方法，研究焊缝长度和关键试样尺寸之间的关系，包括试样宽度和厚度，分析其在拉伸剪切实验中的失效模式。发现试样的宽度和焊缝长度在拉伸剪切试验测量中具有重要作用，焊缝长度与关键试样宽度成线性关系。针对不同的关键标本宽度与焊缝
14、长度，通过多个焊接试样的实验，结果表明，当焊缝长度增加，焊缝的数量，抗拉强度呈线性关系。对于拉伸剪切试验，试样厚度和焊缝长度成为决定的界面断裂失效模式的关键因素。针对界面断裂，发现临界焊缝长度与试样厚度呈线性增加关系。所以通过增加焊缝长度可减少 DP600 界面断裂失效。本研究涉及 dp600 钢焊接与电阻点焊性能的相关参数可以为拉伸剪切试验的分析提供指导。在此获得的定量关系是唯一有效的 DP600 指定属性和范围。其他高强度钢的研究可进一步覆盖更多的材料，性质和范围。致谢作者感谢由通用汽车公司（GM）提供的财政支持和物质用品。同时也感谢 Dr. P.C. Wang 和 Peter Sun 的
15、通用汽车公司对他们有益的讨论和帮助。参考文献 1 Tumuluru MD.涂层的高强度双相电阻点焊钢。焊接 2006; 85（8）:31-7。2 Marya M，GaydenXQ。电阻点焊要求的发展（ DP600）钢焊接双阶段第 1部分 - 界面断裂的原因。焊接 2005; 84（11 ） :172-82。3 Ma C,Bhole SD，Chen DL，Lee A ,Biro E ,Boudreau G.驱逐监测点焊先进高强度汽车用钢。科学技术焊 接注册 2006 年，11（4）:480-7。4 Kahraman N.焊接工艺参数对接头强度的影响电 阻点焊焊接的钛片。母校设计 2007 年 2
16、8 （2）:420-7 。5 Sparagen W,，CordoviMA 。电阻焊接的机械特性 普通碳素钢。焊缝 J 1944; 23（7 ）：305S-43S。6 Aslanlar S 与核的大小电气机械性能的影响电阻点 焊在汽车行业中使用的纸张。母校设计 2006 年 27（2）:125-31。7 Zhou M,Hu SJ,Zhang H.拉伸剪切试验的关键的 试样尺寸钢板。焊缝 J 1999; 78（9 ）：305S-12S。8 Tang H, Hou W, Hu SJ.在电阻点焊的锻造力。 PROC 中国科学院力学工程，B 部分： J 英制造业 2002 年 216（B7 分子）:95
17、7-68 。9 Zhou M,Zhang H,Hu SJ。现货的品质和属性之间的关系焊缝。焊缝 J 2003 82（4）：72S-7S 。P600 钢。10 Keller F,Smith DW.点焊强度和结构的相关性铝合金。焊缝 J 1944; 23（1）：23S-6S 。11 Heuschkel J.点焊性能的表达。焊缝 J1952 年，31（10）：931s-43S。12 Bourges PH ,Jubin L Bocquet P，焊缝的机械性能预测一些冶金假设为基础的金属。数学模型焊接 1995:201-12。13 Marya M,Wang K,Hector LG，Gayden X 拉伸
18、剪切力和断裂在单个和多个双相钢的焊接标本 模式。 J 制造业科学与工程 2006 年 128（2）:287-98。14 Pouranvari M，Asgari HR，Mosavizadch SM，Marashi PH，Goodarzi M. 影响 超载故障模式的阻力 SPT 焊缝熔核尺寸。科学技术焊接注册 2007 12（3）:217-25 。15 Chao YJ. Ultimate。电阻点焊的极限强度和失败机制受到拉伸，剪切，或合并后的拉伸/剪切载荷。 ASME J 工程材料有限公司 TECHNOL 2003; 125（4）:125-32。16 Aslanlar S, Ogur A, Ozsarac U, Ilhan E, Demir Z.的焊接效果电气chromided 镀锌钢板的力学性能电阻点焊。母校设计 2007 年 28（1 ）:2-7。17 ChaoJ.点焊失效模式与撤军的界面。科学技术焊参加 2003 年 8（2）:133-7。18 Zhang H ,HU SJ,Senkara J,Cheng S 一个驱逐出境的限制，在统计分析电阻点焊。 J 制造业 2000 年科学与工程; 122（8）:501-10。 图 12。多个焊缝的 DP600 钢的失效模式
