提高中锰钢焊接接头力学性能的方法技术

本发明专利技术提供一种提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，利用在主要用于连接的脉冲后添加可产生内层熔核的附加脉冲方法，使锰元素质量分数为4～13％的中锰钢在焊点处获得两层甚至多层的熔核，达到提高焊点连接强度的目的。相比传统仅获得单层熔核的焊接工艺，在形成两层或多层熔核后，原有熔核中的晶粒形状发生改变，原有熔核及热影响区内的组织发生变化，使多种组织同时存在于同一区域，更能阻碍裂纹扩展。因此在对连接强度要求高的场合下，这种可形成内层熔核的焊接工艺更具应用潜力。

Method to Improve Mechanical Properties of Medium Manganese Steel Welded Joints

The invention provides a method for improving the mechanical properties of medium manganese steel welded joints. By adding additional pulses which can produce inner layer Nuggets after the main pulses used for connection, the medium manganese steel with 4-13% manganese content can obtain two or even multi-layer Nuggets at the weld joints, so as to improve the weld joint strength. Compared with the traditional single-layer nugget welding process, after the formation of two or more layers of nugget, the grain shape of the original nugget changes, the original nugget and the structure of heat-affected zone changes, so that a variety of microstructures exist in the same area at the same time, which can more impede the crack propagation. Therefore, the welding process which can form inner nugget has more potential application in the case of high requirement of connection strength.

【技术实现步骤摘要】
提高中锰钢焊接接头力学性能的方法
本专利技术涉及一种锰钢焊接工艺，特别是涉及一种中锰钢焊接工艺，应用于先进钢铁材料和焊接

技术介绍
近年来，空气污染愈发严重、温室效应加剧，汽车工业中以轻量化方式来减少能耗、节约石油资源并降低污染物的排放，因而研究人员开发出各种高强度钢应用于汽车工业。第一代汽车用钢有双相钢(DP)、低合金高强度钢(HSLA)等类型，其强塑积一般为10～30GPa·％，但随着现代汽车速度的增加，第一代汽车用钢已无法满足汽车耐撞性要求，因此开发出第二代汽车用钢。第二代汽车用钢以孪晶诱导塑性钢(TWIP)和Q&P钢为主，具有优异的耐撞性能，但由于其合金含量高，冶金过程困难，因此成本较高。面对以上矛盾，人们又开发出第三代汽车用钢，在满足汽车耐撞性能、保证轻量化要求的前提下降低成本。中锰钢作为第三代汽车用钢中的一种，具有符合汽车钢强度和塑性要求的同时，还有冶炼过程相对方便、成本低等特点，因此具有大量应用在汽车工业中的潜力。中锰钢含碳量低，名义含锰量一般为5～12wt.％，但实际工业生产中锰含量介于4～13wt.％。通过不同的热处理工艺，如逆相变奥氏体退火工艺、淬火-配分工艺使中锰钢的室温组织中含有铁素体、马氏体以及奥氏体，其中奥氏体的作用在于在外加载荷下，奥氏体转变为马氏体并诱发塑性提高，而且转变后的马氏体也具有较高强度，可阻碍裂纹扩展，因而表现出良好的强度塑性匹配效果。中锰钢作为一种新型的钢材多应用于汽车行业中，其碳当量约为0.35～0.7，高于一般具有良好焊接性能所规定的0.24。如果将传统的电阻点焊工艺应用在这种钢材上时，只形成单层的熔核。脉冲结束后，在电极作用下高速冷却，熔核内主要形成脆性大的马氏体，对其施加较低的载荷时便容易以完全界面断裂的方式失效，表现出较差的焊接性能。目前，采用中锰钢焊接形成多层熔核的方法还未见文献报道。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，利用一个或多个主要用于连接钢材的脉冲和后续一个或多个的附加脉冲，对中锰钢进行焊接，其中附加脉冲中至少包含一个可以部分熔化之前熔核的脉冲，获得存在内外两层或多层熔核的焊点，在熔化并形成新的内层熔核的同时，改变原有的外层熔核和热影响区组织，最终达到提高焊点连接强度的目的。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，对于锰元素质量分数为4～13％的中锰钢钢材，施加含有可形成内层熔核的电阻点焊工艺，从而获得具有两层或更多层熔核形式的多层熔核的焊点，其步骤如下：a.对需要进行焊接的中锰钢钢材进行预处理，将中锰钢钢材表面清理干净，得到洁净的焊接母材；b.使用点焊焊机，将在所述步骤a中已清理干净的洁净的焊接母材紧密接触，将焊接母材需要焊接的位置放在电极下，以电极作为夹具的夹持部，并通过电极向焊接母材施加不高于15kN的压力，将焊接母材夹紧固定；c.通过在所述步骤b中使用的电极，施加用于连接焊接母材的连接脉冲电流，所述连接脉冲电流的脉冲为单个脉冲或者多个电流值相等或不等的脉冲，对电极端部之间区域的焊接母材部分进行熔化焊接，作为熔核区，使熔核区处于电极之间的脉冲电流作用的热影响区内，形成焊点，控制连接脉冲电流值为0～100kA，作用时间不大于5s，每个脉冲之间的间隔时间不大于5s，在最后一个脉冲电流的脉冲结束后，使焊点在电极端部的压力作用下进行冷却不超过5s，使焊接母材熔化区域的金属液凝固，使焊接母材在焊点处进行初步结合；d.在所述步骤c中的焊点冷却过程结束后，保持电极端部的压力，并立即通过电极施加附加脉冲电流，附加脉冲电流的脉冲为单个脉冲或者多个电流值相等或不等的脉冲，控制附加脉冲电流值为0～100kA，作用时间不大于5s，每个脉冲之间的间隔时间不大于5s，且其中至少有一个脉冲，能使在当前脉冲之前的脉冲所形成的熔核进行部分熔化，在原有的熔核被部分熔化的基础上，然后使熔化的金属借助电极及焊接母材组成的散热通道结构进行凝固，形成新的内层熔核，随后在电极端部的压力作用下进行保持不大于5s，然后撤去电极，从而获得多层熔核的焊点，即完成焊接过程。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，优选获得多层熔核的焊点中存在内外两层或内外两层以上的熔核。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，使用的是含有一个或多个附加脉冲的电阻点焊工艺，且不同脉冲的作用存在区别。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，所施加的脉冲中至少先在步骤c中有一个脉冲进行实施连接焊接母材的程序，而后步骤d中至少存在一个能在原有熔核的基础上形成内层熔核的脉冲。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，在被测量的内层熔核的最大尺寸方向上，距离焊接母材远的熔核尺寸小于距离焊接母材近的熔核尺寸，其中距离焊接母材远的熔核形成内层熔核，距离焊接母材近的熔核形成外层熔核。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤c或所述步骤d中，所述焊机为电阻点焊焊机，电压为380V或220V，供电频率为50Hz或60Hz。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤c中，控制连接脉冲电流值为4～10kA，作用时间为100～400ms，每个脉冲之间的间隔时间为不大于5s，在最后一个脉冲电流的脉冲结束后，使焊点在5～10kN的电极端部的压力作用下进行冷却400～1000ms，使焊接母材熔化区域的金属液凝固，使焊接母材在焊点处结合。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，控制附加脉冲电流值为2～10kA，作用时间为100～1000ms，每个脉冲之间的间隔时间为200～1000ms，且其中至少有一个脉冲，能使在当前脉冲之前的脉冲所形成的熔核内进行部分熔化，在原有的熔核被部分熔化的基础上，然后使熔化的金属借助电极及焊接母材组成的散热通道结构进行凝固，形成新的内层熔核，随后在电极端部的压力作用下进行保持200～1000ms，然后撤去电极，从而获得多层熔核的焊点，即完成焊接过程。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，在所述步骤c中的焊点冷却过程结束后，在焊点处进行初步结合的熔核区形成外层熔核，保持电极端部的压力，并立即通过电极继续施加附加脉冲电流，经过设定作用时间后，使原有的外部熔核发生部分熔化，这些熔化的金属借助电极及钢材的散热，在设定的冷却时间内凝固，形成内层熔核；而在此之前形成的外部熔核的内部靠近熔化的金属液一侧，晶粒在内部熔核加热与外侧未熔化的外部熔核金属的散热的共同作用下，由原来的柱状晶转变为等轴晶粒，继续施加附加脉冲，作用设定时间，随后冷却设定时间，并在此期间形成新的内层熔核，如此继续施加脉冲，形成含有多层熔核的焊点；然后在电极端部的压力作用下进行保持不大于5s，再撤去电极，从而获得多层熔核的焊点，即完成焊接过程。作为本专利技术优选的技术方案，在所述步骤d中，同时在其中相邻的脉冲之间或在最后施加的附加脉冲之后，施加数量为一个或多个的调整脉冲，每个调整脉冲的作用时间不大于5s，但仅用于调控熔核区的不同位置的组织，而不形成新的熔核层；使附加脉冲由形成新的内层熔核脉冲和只用于调控组织但不再形成内层熔核的脉冲组成的混合脉冲。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，其特征在于，对于锰元素质量分数为4～13％的中锰钢钢材，施加含有可形成内层熔核的电阻点焊工艺，从而获得具有两层或更多层熔核形式的多层熔核的焊点，其步骤如下：a.对需要进行焊接的中锰钢钢材进行预处理，将中锰钢钢材表面清理干净，得到洁净的焊接母材；b.使用点焊焊机，将在所述步骤a中已清理干净的洁净焊接母材紧密接触，将焊接母材需要焊接的位置放在电极下，以电极作为夹具的夹持部，并通过电极向焊接母材施加不高于15kN的压力，将焊接母材夹紧固定；c.通过在所述步骤b中使用的电极，施加用于连接焊接母材的连接脉冲电流，所述连接脉冲电流的脉冲为单个脉冲或者多个电流值相等或不等的脉冲，对电极端部之间区域的焊接母材部分进行熔化焊接，作为熔核区，使熔核区处于电极之间的脉冲电流作用的热影响区内，形成焊点，控制连接脉冲电流值为0～100kA，作用时间不大于5s，每个脉冲之间的间隔时间不大于5s，在最后一个脉冲电流的脉冲结束后，使焊点在电极端部的压力作用下进行冷却不超过5s，使焊接母材熔化区域的金属液凝固，使焊接母材在焊点处进行初步结合；d.在所述步骤c中的焊点冷却过程结束后，保持电极端部的压力，并立即通过电极施加附加脉冲电流，附加脉冲电流的脉冲为单个脉冲或者多个电流值相等或不等的脉冲，控制附加脉冲电流值为0～100kA，作用时间不大于5s，每个脉冲之间的间隔时间不大于5s，且其中至少有一个脉冲，能使在当前脉冲之前的脉冲所形成的熔核进行部分熔化，在原有的熔核被部分熔化的基础上，然后使熔化的金属借助电极及焊接母材组成的散热通道结构进行凝固，形成新的内层熔核，随后在电极端部的压力作用下进行保持不大于5s，然后撤去电极，从而获得多层熔核的焊点，即完成焊接过程。...

【技术特征摘要】
1.一种提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，其特征在于，对于锰元素质量分数为4～13％的中锰钢钢材，施加含有可形成内层熔核的电阻点焊工艺，从而获得具有两层或更多层熔核形式的多层熔核的焊点，其步骤如下：a.对需要进行焊接的中锰钢钢材进行预处理，将中锰钢钢材表面清理干净，得到洁净的焊接母材；b.使用点焊焊机，将在所述步骤a中已清理干净的洁净焊接母材紧密接触，将焊接母材需要焊接的位置放在电极下，以电极作为夹具的夹持部，并通过电极向焊接母材施加不高于15kN的压力，将焊接母材夹紧固定；c.通过在所述步骤b中使用的电极，施加用于连接焊接母材的连接脉冲电流，所述连接脉冲电流的脉冲为单个脉冲或者多个电流值相等或不等的脉冲，对电极端部之间区域的焊接母材部分进行熔化焊接，作为熔核区，使熔核区处于电极之间的脉冲电流作用的热影响区内，形成焊点，控制连接脉冲电流值为0～100kA，作用时间不大于5s，每个脉冲之间的间隔时间不大于5s，在最后一个脉冲电流的脉冲结束后，使焊点在电极端部的压力作用下进行冷却不超过5s，使焊接母材熔化区域的金属液凝固，使焊接母材在焊点处进行初步结合；d.在所述步骤c中的焊点冷却过程结束后，保持电极端部的压力，并立即通过电极施加附加脉冲电流，附加脉冲电流的脉冲为单个脉冲或者多个电流值相等或不等的脉冲，控制附加脉冲电流值为0～100kA，作用时间不大于5s，每个脉冲之间的间隔时间不大于5s，且其中至少有一个脉冲，能使在当前脉冲之前的脉冲所形成的熔核进行部分熔化，在原有的熔核被部分熔化的基础上，然后使熔化的金属借助电极及焊接母材组成的散热通道结构进行凝固，形成新的内层熔核，随后在电极端部的压力作用下进行保持不大于5s，然后撤去电极，从而获得多层熔核的焊点，即完成焊接过程。2.根据权利要求1所述提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，其特征在于：在所述步骤d中，获得多层熔核的焊点中存在内外两层或内外两层以上的熔核。3.根据权利要求1所述提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，其特征在于：在所述步骤d中，使用的是含有一个或多个附加脉冲的电阻点焊工艺。4.根据权利要求1所述提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，其特征在于：在所述步骤d中，所施加的脉冲中至少先在步骤c中有一个脉冲进行实施连接焊接母材的程序，而后在步骤d中至少存在一个能在原有熔核的基础上形成内层熔核的脉冲。5.根据权利要求1所述提高中锰钢焊接接头力学性能的方法，其特征在于：在所述步骤d中，在被测量的内层熔核的最大尺寸方向上，距离焊接母材远的熔核尺寸小于距离焊接母材近的熔核...

【专利技术属性】
技术研发人员：高玉来，王远方，丁凯，赵炳戈，张元恒，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31