汽车外壳高强度钢焊接工艺进展

新型的高强度钢材,例如先进高强度钢(advanced high strength steels – AHSS)以及超高强度钢(ultra high strength steels – UHSS),对于未来轻型汽车外壳的设计和发展至关重要。使用此类钢材可以在保证车身安全性的前提下减轻车身的重量。

车身外壳在焊接过程中往往要使用到不同的热或者机械的连接工艺。电阻点焊(resistance spot welding)、电弧焊(arc welding)、激光焊(laser welding)以及铜焊(brazing)是最常用的焊接工艺。对于薄钢板来说,电阻点焊相比其他的连接工艺更具优势。将粘接工艺同其它传统连接工艺相结合的方法,例如点焊粘结(weldbonding),也受到越来越多的重视。

最近,德国BAM联邦材料研究测试中心同帕德博恩大学合作,对高强度钢材使用不同种连接工艺(包括点焊工艺和点焊粘结工艺)的可靠性进行了研究。科学家们系统地研究了两种连接方法对不同种类的先进高强度钢的工艺可靠性,以及结合处的机械性能:包括断裂性能、硬度以及疲劳特性。

针对一定的焊接参数组合,研究人员测定了对高强度钢材进行点焊的焊接电流范围;并确定了某种先进高强度钢的二维和三维焊接性范围(weldability lobes)。此外,他们还研究了不同的焊接时间以及不同的电极压力(electrode force)对工艺可靠性的影响;并对点焊粘结工艺接合处的抗腐蚀性能进行了讨论。

实验结果表明,点焊粘结工艺接合处的机械性能要优于其它工艺。不同种钢材使用点焊粘结获得的接合处,其机械性能会接近甚至超过使用其中强度较高的钢材利用点焊粘结所获得的接合处。对于所有的进行点焊粘结钢材种类组合,在静载荷下粘结剂所承受的拉伸-剪切应力(tensile-shear force)要大于点焊接头处。另外,在接合处的疲劳性能方面,点焊粘结工艺也要优于电阻点焊。

G. Weber, et al.; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2010; DOI: 10.1002/mawe.201000687