镀锌钢板点焊电极寿命的研究现状

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1、先进材料连接技术课程作业先进材料连接技术研究进展及其应用学号：08014111学院：航空制造工程学院所在系：焊接技术与工程学生姓名：严超英任课教师：邢丽2011年11月镀锌钢板点焊电极寿命的研究现状航空制造工程学院08014111严超英前言在汽车制造业中，为了提高车体的使用寿命，增强车体材料的抗腐蚀性能，具有优异防腐蚀性能的镀锌钢板在轿车制造业中的应用越来越广泛。另外，普通的酸洗喷涂钢板在制作过程中对环境的污染很大，而镀锌钢板就比较环保。故在轿车工业发达的日本、美国，轿车用镀锌板逐年增加，并在不久的将来取缔酸洗钢板；在我国，镀

2、锌钢板的应用也越来越普遍。以一汽集团的奥迪轿车生产为例，其车体全部用镀锌钢板制造，每辆轿车用量为550kg,约占该车钢板总量的3/4[1]。但镀锌钢板的焊接性与低碳钢相比较差，点焊过程中飞溅较大，点焊电极烧损较快，电极寿命低，而且焊接质量不稳定。如一对电极点焊无镀层钢板时可焊几千个焊点，而点焊镀锌钢板则只能焊200个焊点就需要更换或修理电极。据统计，在每辆现代化的汽车上约有3000-5000个焊点。因此，随着镀锌钢板用量的大幅度增加，仅就汽车工业而言，提高点焊电极寿命就会产生客观的经济效益。1镀锌钢板点焊电极主要的失效机理点焊

3、电极工作条件恶劣，尤其是焊接镀锌钢板，其失效机理主要有塑性变形、合金化、烧损等，这都是高温和压力共同作用的结果。1.1塑性变形由于电极头部的温度分布不均匀，使得电极头部产生了不均匀的塑性变形。塑性变形的产生，使得电极头部的直径随焊点数目的增加而增加，从而导致焊接电流密度下降，熔核焊透率降低，直到熔核直径减少，焊点强度下降，此时必须休整电极或更换电极。1.2合金化镀锌钢板点焊过程中，由于镀层锌的熔点很低（约为692K)，硬度也低(约91HB)，与铜具有较强的亲和力，焊接过程中电极!工件界面处温度较高，在电极压力作用下，会发生锌对

4、铜合金电极端部的粘附，并且发生了合金化作用，形成导电、导热能力差、硬度低的Cu-Zn合金，使得焊接过程中电极/工件界面的温度更高，电极端部很快就变成蘑菇状而变粗，降低了焊接电流密度，使焊点强度降低，甚至电极由于坑蚀作用而失效、报废。1.3磨损电极的磨损主要发生在电极头部。由于合金化产生导电、导热能力差、硬度低的Cu-Zn合金，使得焊接过程中电极/工件界面的温度更高，电极端部很快就变成蘑菇状而变粗，导致电极直径增大和焊接电流密度的下降。因此，要及时修磨电极，否则就不能保证焊接质量和焊点外观质量。2点焊电极的寿命延长方式为了延长电

5、极的寿命，国内外学者做了很多研究。其主要手段分三个方面：一是电极基体的强化，二是电极表面的强化，三是合适焊接工艺参数。2.1点焊电极的基体强化通过合金化（固溶强化），冷加工硬化（形变强化）及采用陶瓷增强复合材料（弥散强化）及深冷处理可以强化Cu基体，提高电阻点焊电极寿命。(1)冷作硬化与合金化镀锌钢板点焊铜电极最常用的强化方法是形变强化和固溶强化。冷加工可大大提高铜的强度和硬度，对电导率影响较小，因此，工业应用的铜电极广泛使用冷作硬化来强化。但当电极温度升高到0.4Tm时，冷作硬化效果显著减弱，因此焊接温度不宜高于423K，这

6、难以满足对镀锌钢板焊接要求。研究发现，在铜中添加少量合金元素可以明显改善铜的力学性能和物理性能，尤其是硬度和软化温度有较大提高，但杂质元素的增加会降低铜的电导率。目前电极铜合金中常用的合金元素有铬、铝、硅、锆等。由于铬和锆元素可极大提高铜的强度，对电导率影响较小，因此常用做点焊电极的主要是铬铜、锆铜、镉铜、铍铜等。(2)陶瓷增强铜基复合材料为了提高电极的软化温度与耐磨性，需要提高电极的硬度尤其是高温硬度。常用的方法是在铜基体中加入陶瓷颗粒实现弥散强化。这些硬质的陶瓷颗粒具有高的强度与硬度，高的高温性能，因此能显著提高铜电极的高

7、温强度与硬度。常用的陶瓷材料有Al2O3、TiB2、TiC、Zr2O3等。弥散强化铜合金是在铜合金中加一定比例的具有高熔点、高硬度、具有良好热稳定性的陶瓷颗粒如ZrO2、SiO2、Al2O3、TiC等(经过球磨处理后压制和烧结)，制成具有不同硬度和电导率的粉末烧结材料。制备工艺主要有粉末冶金法、机械合金化以及内氧化法等。铜合金的硬度和电导率取决于陶瓷颗粒的含量、粒度与分布。目前研究最充分的是氧化铝弥散强化铜电极[2]，软化温度在1100K以上，焊接镀锌钢板时不易产生粘附现象，使用寿命为铜电极的4-10倍。(3)深冷处理吴志生等

8、[3]采用气体法对点焊电极进行深冷处理，将被处理的铬锆铜电极直接放入液氮中，深冷到-170℃后保温1.5-2h，在冷箱中缓慢升温至室温。深冷处理后，铜合金的晶粒由159.7nm减小为82.9nm，铜基体上出现了大量弥散分布的Cr、Zr颗粒，从而提高合金的抗变形能力，改善了铜电