焊接电流对Q235钢焊接头组织和性能的影响.docx

1822铸造技术foundry technologyvol.35 no.8 aug. 2014焊接电流对 q235 钢焊接头组织和性能的影响田向阳(平高集团有限公司，河南 平顶山 467099)摘 要：研究了焊接电流的变化对 q235 钢组织和性能的影响。 结果表明，q235 钢点焊接头划分为母材区、过热区 和熔核区 3 个典型区域。 随着焊接电流增加，q235 点焊接头熔核直径、焊透率和剪切力呈现先增加后减小的趋势。 熔核 区显微硬度最高，过热区次之，母材区最小。 熔核区显微硬度随焊接电流增大先增大后减小。关键词：电阻点焊；焊接电流；剪切力；显微硬度中图分类号： tg441.8文献标识码：a文章编号：1000-8365(2014)08-1822-03effects of welding current on microstructure and properties of q235 steel resistance spot welding jointtian xiangyang(pinggao group co., ltd., pingdingshan 467099, china)abstract： the effect of welding current on microstructure and properties of q235 steel were studied. the results show that the joint can be divided into three zones: base metal zone, heat-affected zone and weld nugget zone. with the increasing of welding current, the weld nugget diameter, penetration rate and shear force of the joints increases firstly and then decreases. the micro-hardness values of the weld nugget zone are the biggest in three zones, and that of base metal zone are the smallest. the micro-hardness of weld nugget zone increases firstly and then decreases with the increasing of welding current.key words： resistance spot welding; welding current; shear force; micro-hardnessq235 钢属于低碳钢，c 含量为 0.12%0.20%， 具有良好的韧性，较好的强度和伸长率，铸造性、冲 压性能和焊接性均良好，是一种在汽车、建筑、桥梁 工程中使用的焊接结构件用材料1。 q235b 钢生产 成本低，产量大，具有优越的综合性能，在工程结构 中应用越来越广泛。 材料的发展离不开其连接技术 的发展，因此，对 q235 进行焊接连接技术研究与开 发显得非常迫切2。电阻点焊技术是一种高效的焊接加工方法，生 产效率高，操作简便，易于实现自动化，广泛应用于 航空、航天、汽车等行业中，成为最普遍的一种金属 材料连接方法3,4。 因此，本文采用电阻点焊工艺对 q235 钢进行焊接，主要研究焊接电流对点焊接头熔力学性能分别如表 1 和表 2 所示。 试验采用 dz-340 三相次级整流点焊机，电极为球面型 ， 端部直径为 6 mm。 焊接前将试样的点焊部位进行焊前清理，用 以除掉工件表面脏物与氧化膜，并用酒精清洗。焊接 工艺为焊接压力 2 kn，焊接时间 12 周波，焊接电流 7.09.0 ka，主要研究焊接电流变化对 q235 点焊接 头组织和性能的影响。表 1 q235 钢化学成分 w(%) tab.1 chemical composition of q235cmnsips 0.140.350.65 0.280.0380.038 表 2 q235 钢力学性能 tab.2 mechanical properties of q235 steel 核直径、焊透率、剪切力和显微硬度的影响，为 q235屈服强度材料/mpa抗拉强度/mpa均匀伸长率(%)断裂伸长率(%)钢点焊相关研究工作提供实验基础。1试验材料与方法试 验 材 料 为 国 内 某 著 名 钢 厂 生 产 的 q235 薄 板，规格为 100 mm25 mm1.2 mm，其化学成分和收稿日期: 2013-12-09作者简介: 田向阳(1968-)，河南平顶山人，硕士，高级工程师. 主 要从事机械设计与制造.电话e-mail：tian_q235230400-42014.728.3通过实验过程中焊接现象检测点焊试样宏观质 量， 采用 mts810 电子万能试验机进行点焊接头的 剪切试验， 通过 hvs-1000 型显微硬度计测定显微 硬度，载荷为 100 g，加载时间 15 s。 试样数据采集从 点焊接头熔核中心向母材方向测试， 点与点之间间 隔 0.5 mm。 将点焊断面经镶嵌、抛光、5%硝酸酒精 溶液腐蚀，放大 710 倍。 在宏观仪上检测接头熔核 尺寸的大小。铸造技术08/20142试验结果及讨论田向阳:焊接电流对 q235 钢焊接头组织和性能的影响2.2 点焊接头熔核直径和焊透率18232.1 点焊接头显微组织q235 点焊接头可以划分为 3 个典型区域：母材 区、过热区和热影响区。图 1 为点焊接头各区域典型 金相组织。 由图可知，母材组织为铁素体+珠光体， 过热区以马氏体为主。 熔核区具有明显的柱状晶生 长特征，以粗大的马氏体组织为主。图 2 为 q235 钢点焊接头熔核直径和焊透率随焊接电流变化图。可以看出，点焊接头的熔核直径和 焊透率随焊接电流的变化规律基本相似， 即随着焊 接电流的增加， 点焊接头的熔核直径和焊透率呈现 先增大后减小的趋势。 焊接电流 8.0 ka 时，点焊接头 熔核直径达到最大值 5.68 mm，焊透率达到 68%。 分 析认为，当焊接电流较小时，随着焊接电流的增加，(a) 母材区20m50m(b) 过热区(c) 熔核区50m图 1 点焊接头微观组织fig.1 microstructure of the resistance spot welded joint焊接热输入量逐渐增大， 焊接接触面母材熔化的效 率增大，熔核直径增加，同时试样在厚度方向的焊透 率也增加。当焊接电流超过临界值时，过大的电流容 易导致焊点内部熔融的金属过热， 熔核的生长速度 超过了约束熔核的塑性环的生 长速度 ， 熔融 金属 容易喷出产生飞溅 ，使得熔核直径变小， 焊 透率下 降5,6。得到显著提高；焊接电流大于 8.0 ka 后，焊点内部 熔融金属过热， 试件两板边缘翘离且焊接飞溅量增 大，点焊熔核直径减小，接头强度下降，焊接电流为 9.0 ka 时，点焊接头剪切力为 53 kn。70拉剪力 /kn655.6熔核直径 /mm4.8熔核直径 焊透率10090焊透率 /%8070606055507.07.58.08.59.0焊接电流 /ka507.58.08.59.09.5焊接电流 /ka图 2 焊接电流对 q235 钢点焊接头熔核直径和焊透率的影响 fig.2 the effect of welding current on nugget diameter and penetration rate of q235 steel resistance spot welded joint2.3 点焊接头拉剪力图 3 为不同焊接电流对 q235 钢板点焊接头拉 剪力的影响。 可以看出，q235 钢点焊接头拉剪力随 焊接电流变化的趋势跟熔核直径和焊透率变化趋势 相似，即呈现先增大后减小的现象。 焊接电流 8.0 ka 时达到最大值 68 kn。 焊接电流为 7.0 ka 时，焊接热 输入量不足，点焊时焊点处金属不能实现充分熔合， 形成的熔合直径较小，导致点焊接头剪切力较低，只 达到 57 kn；随着焊接电流的增加，点焊熔核尺寸增 加，试样在厚度方向上的焊透率也增大，焊点剪切力图 3 焊接电流对 q235 钢点焊接头拉剪力的影响fig.3 the effect of welding current on shear force of q235 steel resistance spot welded joint2.4 点焊接头显微硬度图 4 为不同焊接电流下 q235 钢点焊接头显微 硬度变化曲线。 可以看出，q235 钢点焊接头熔核处 显微硬度最高，到热影响区开始降低，母材处显微硬 度最低。分析认为，显微硬度主要取决于微观组织中 马氏体的含量，马氏体含量增加，显微硬度值随之增 加。点焊接头形成过程中，熔核组织处产生马氏体相 变，硬度升高。从熔核中心到母材马氏体含量依次降 低，显微硬度依次减小。 随着焊接电流增加，点焊接 头熔核处整体显微硬度值随之增加， 当电流增大到 一定值时，接头显微硬度达到最大值。随着焊接电流 继续增大，接头显微硬度值反而下降。 q235 钢点焊1824foundry technologyvol.35 no.8 aug. 2014过程中焊接电流较小时，熔核形成尺寸较小，马氏体 组织不多，接头显微硬度较低。 随着焊接电流增大，热 输入量增多，产生大量的马氏体组织，导致焊缝区显 微硬度增大。 而进一步增大焊接电流，此时点焊接头 产生飞溅，熔核尺寸减小，所以接头显微硬度降低。（2） q235 钢点焊接头熔核直径、焊透率和剪切 力均随焊接电流的增加呈先增大后减小的趋势。（3） q235 钢点焊接头显微硬度从熔核区、过热 区、母材区依次减小。 随着焊接电流增加，熔核区显 微硬度先增加后减小。400显微硬度(hv)350300250200150i=7ka i=7.5ka i=8ka i=8.5ka i=9ka参考文献：1杜宜乐. 铝合金 a6061 与低碳钢 q235 的电阻点焊研究d. 洛 阳: 河南科技大学, 2012.2何德孚. 焊接与连接工程学导论m. 上海: 上海交通大学出版 社, 2002.3ozsarac u. investigation of mechanical properties of galvanized au-100-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10距离 /m图 4 焊接电流对 q235 钢点焊接头显微硬度的影响 fig.4 the effect of welding current on micro-hardness of q235 steel resistance spot welded joint3结论（1） q235 钢点焊接头组织分为母材区、过热区 和热影响区。 母材区主要为铁素体+珠光体，过热区 和熔核区以马氏体为主。tomotive sheets joined by resistance spot weldin