高强度钢电弧点焊接头的强度分析



高强度钢电弧点焊接头的强度分析

为了提高汽车车身的耐撞性和实现车身结构的轻量化，车身上高强度钢板的使用日益增多。然而，点焊接头的拉伸强度却在材料强度超过780MPa时开始下降。电弧点焊或激光焊接经常被应用于焊接一些特殊部分，且采用单边焊接方法。电弧点焊焊接又称为塞焊，部分已经被应用于车辆组装过程中。电弧点焊一般应用在封闭结构的某一部位，如中心支柱的顶部或底部，这是因为普通点焊无法焊接到其封闭结构的焊接部位。通常情况下，两片钢板通过单边进行电弧点焊焊接，焊接前对处于上面的钢板进行钻孔。

当电弧点焊应用于980MPa高强度钢板以提高连接处的结合强度时，得到了以下的试验结果。①电弧点焊的横拉伸强度相对于点焊接头的横拉伸强度在适当的焊接条件下时（如热量的输入以及板材孔径的选择），前者的横拉伸强度是后者的2倍。②除了电弧点焊接头焊接金属的直径外，焊接接头晶间腐蚀的高度也在改进电弧点焊的横拉伸强度上起着很重要的作用。

在试验过程中，使用冷金属转移（CMT）设备作为焊接电源，该设备由福尼斯公司提供，在供电时具有低热量输入的特点。该电源能很好地应用于厚度约为1mm的钢板，同时，钢板无烧穿。在应用于1.2mm厚度的980MPa钢板中时，电弧点焊在490MPa焊接等级时得到如下结果。①在满足焊接条件下焊点的横拉伸强度从2～10kN，且只有在直径小于5mm以及焊接速度在6.2m/min以上时能得到最大的横拉伸强度。②在直径5mm同样结构下，自动点焊（ASW）焊点的最大横拉伸强度为9kN，点焊（SW）焊点的最大横拉伸强度为5kN。③通过研磨多余的焊接腐蚀，ASW焊点的横拉伸强度从8kN降低到4kN，在同等断裂直径的情况下其小于SW焊点的横拉伸强度。④有限元分析表明，在ASW焊点上，最大的线应变受焊接材料的几何形状和焊接腐蚀高度的影响。

Eiji Furusako et al. SAE 2014-01-0786.

编译：王一浏