差強差厚多層汽車鋼板膠焊熔核形成機理及工藝優(yōu)化.pdf

1、安全、節(jié)能和環(huán)保是汽車技術發(fā)展的永恒主題，汽車輕量化是滿足上述要求的有效手段和方法。雙相鋼等先進高強鋼材料以其良好的成形性及耐撞性等優(yōu)點正在輕量化車身制造中得到越來越廣泛的應用。例如:在車身前縱梁、B柱等關鍵部位低碳鋼內外板與雙相鋼加強件的差強差厚三層鋼板匹配工況顯著增加，應用比例達33％。而采用傳統(tǒng)電阻點焊工藝連接差強差厚多層鋼板時常常會帶來焊接飛濺嚴重、工藝窗口狹窄和電極磨損劇烈等問題。為此，汽車制造商試圖采用韌性結構膠接技術部分替

2、代電阻點焊工藝，但受環(huán)境溫度、濕度和膠粘劑老化等因素影響，膠接接頭強度波動大，難以滿足車身承載能力要求。因此，電阻點焊與膠接的復合連接工藝（簡稱膠焊技術），因其綜合了上述兩種連接工藝的技術優(yōu)點，是目前多層鋼板連接的首選工藝方法。然而，在差強差厚多層鋼板膠焊過程中，受膠層和鋼板材料屬性的影響，熔核形成規(guī)律及質量控制復雜。例如:膠層的高粘稠性使鋼板間接觸不充分，引起通電生熱異常，甚至難以焊接。差強鋼板材料電阻率、導熱率等物理屬性的差異，使膠

3、焊熔核區(qū)溫度場分布不均勻，帶來熔核偏移問題，熔核尺寸難以保證。因此，迫切需要開展差強差厚多層鋼板膠焊熔核形成機理及質量控制方法的研究。
　　為解決上述問題，本文以差厚差強三層鋼板膠焊過程為研究對象，從膠層入手，分析了膠焊預壓過程中膠層耦合作用下的鋼板間接觸電阻變化規(guī)律、焊接通電過程中鋼板-膠層間的傳熱行為及其對膠焊動態(tài)電阻的影響，建立了三層鋼板膠焊熔核形成過程的有限元模型，揭示了差強差厚三層鋼板膠焊熔核形成機理及熔核偏移的內在原因

4、。基于上述理論研究結果，提出了用于改善熔核偏移的不對稱電場輸入方法，形成了三層鋼板膠焊工藝規(guī)范，推動了多層鋼板膠焊技術在汽車車身制造中的應用。全文開展的主要研究工作如下:
　　1)膠焊預壓過程中膠層耦合作用下的鋼板間接觸電阻變化規(guī)律
　　針對韌性膠層的高粘稠性導致的鋼板間接觸不充分問題，建立了考慮膠層膜電阻的鋼板間接觸電阻模型，獲得了預壓階段中鋼板間接觸電阻變化規(guī)律，確定了保證鋼板間充分接觸的膠焊臨界預壓力。研究結果顯示，預

5、壓后殘留于鋼板表面的膠粘劑形成的膠層膜電阻會使得鋼板間接觸電阻增大。高粘稠度的膠層種類引起的鋼板間接觸電阻上升更明顯;而膠層厚度(0～1.4 mm)對于鋼板間接觸電阻影響不顯著。對于厚度為0.8mm的DC04，1.4 mm的DP600和1.8 mm的DP780鋼板，使其充分接觸的臨界預壓電極力分別約為1.0 kN，3.0kN和4.5kN。
　　2)膠焊通電過程中鋼板-膠層間的傳熱行為及動態(tài)電阻變化規(guī)律
　　針對膠焊過程生熱異

6、常、飛濺嚴重問題，通過分析膠焊通電過程中鋼板與膠層間的傳熱行為建立了膠焊動態(tài)電阻方程。研究發(fā)現，相同條件下膠焊過程中的電阻熱由于鋼板間接觸電阻的增大而增多，而散熱量卻由于鋼板表面通過空氣向外散熱的途徑受到膠層阻礙而減少，這使得膠焊動態(tài)電阻比傳統(tǒng)電阻點焊有所上升:粘稠度較大的膠層引起的動態(tài)電阻上升量更大;而膠層厚度并無顯著影響;且同時涂有兩層膠粘劑的三層鋼板膠焊接頭具有最大的動態(tài)電阻。
　　3)差強差厚三層鋼板膠焊熔核形成規(guī)律

7、>　　針對差強差厚三層鋼板膠焊熔核偏移問題，建立了考慮膠層作用下界面接觸狀態(tài)的三層鋼板膠焊過程有限元模型，分析了三層鋼板膠焊熔核形成過程，揭示了差厚差強三層鋼板熔核形成機理及熔核偏移的內在原因。研究發(fā)現，差厚差強三層鋼板膠焊熔核在兩個鋼板間接觸面上的形成時刻不同是造成熔核偏移的關鍵原因。對于厚度為0.8 mm DC04+1.4 mm DP600+1.8 mm DP780的三層鋼板膠焊，熔核在兩個鋼板間接觸面上的形成時間差約80 ms，膠

8、層的存在使得相同電流下三層鋼板膠焊熔核的形成時刻比無膠層存在時提前約40 ms。粘稠度較大的膠層能獲得較大的熔核尺寸;而膠層厚度對于熔核尺寸的影響并不顯著。
　　4)差強差厚三層鋼板膠焊工藝優(yōu)化
　　基于上述研究結果，分析了膠層涂覆位置、板材厚度匹配、板材匹配順序等工藝因素對于差強差厚三層鋼板膠焊熔核偏移影響規(guī)律。研究結果發(fā)現，只在薄板側涂覆膠層或薄板側鋼板選用高強鋼能使該側熔核增大，有利于減小熔核偏移。在差強差厚三層鋼板接