天津市金桥焊材集团有限公司

首页 | 联系方式 | 加入收藏 | 设为首页 | 手机站

产品展示

联系方式

联系人:孙继田
电话:022-8116886
手机:131156785
邮箱:service@ehansom.com
当前位置:首页 >> 技术文章 >> 正文

声阻尼复合钢板的电阻点焊

编辑:天津市金桥焊材集团有限公司  时间:2012/05/18  字号:
摘要:声阻尼复合钢板的电阻点焊
    在汽车工业中声阻尼复合钢板用于降低车内噪音水平,但在使用中碰到的一些制造问题却限制了该材料的广泛应用。其中之一就是在各种各样的生产场合下,很难制造出合格的电阻点焊焊缝。这些场合是指各种类型焊接设备的使用,比如焊接控制和焊接控制软件,变压器的大小和类型(交流或直流),以及焊枪设计等。为了使复合钢板得到更加广泛的应用,需要对该材料在电阻点焊工艺过程中的行为有一个基本的了解。
    因为在复合钢板之间存在着绝缘的粘性聚合物芯,使得复合钢板天生很难进行电阻点焊。这层芯至关重要, 因为其具有声阻尼性能。早期的复合钢板具有的是热塑性树脂芯,比如聚乙烯。通过对树脂芯充分加热并施加一定的电极压力,这层热塑性树脂芯很容易地从电极位置移出。热量通过在电极与外部支路或旁路间建立的传导提供,允许电流从一个电极流到另一个电极而不通过两块钢板。当热输入足够时,聚合物芯软化并从焊接电极间流动或挤出,将两块钢板皮肤表面直接接触。此时,电流从一块钢板直接流入另一块钢板,这样电流迅速增大并形成一个焊点熔核。采用更薄的芯和具有圆角焊接面的电极都能减少从两焊接电极间移出聚合物芯的时间。
    然而,外部支路或旁路技术还存在几个制造问题,比如其它工具的使用,也就是说多种位置分流,与支路和焊接位置间距离相关的预热的差异性,以及慢速制造延长预热时间等。为了克服这些问题并沿着复合钢板随时随地提供一致的分流路径,通过添加由石墨或金属组成的导电粒子,使芯能够导电。
    随着夹层材料的发展,其阻尼特性和粘性特性不断改善,热固性聚合物逐渐取代了热塑性聚合物作为粘弹性芯。因为热固性聚合物更耐热,它们也更难被焊透,需要外部支路具有更加充分的预热时间。为了成功地进行生产应用,这些材料需要导电粒子使电流在两块钢板间流通,因此局部地加热芯部材料。镍、黄铜、铝、铁和不锈钢等各种导电粒子都被用于热塑性树脂和热固性树脂的评定。在这些导电粒子中,镍粒子效果最好,因为它具有良好的抗腐蚀性,能够防止粒子表面电子绝缘污染层的形成。粒子大小和硬度也是一个重要的因素。粒子大小比粘弹性层厚度大约相同或稍微大一点的话,可以为成功实施焊接提供最直接的电流通路。
    尽管已经对夹层焊接性进行改善, 但粘弹性芯固有的不导电本质仍旧会导致一些焊接问题出现。这些焊接问题包括由于粘弹性芯的分解和挥发造成的复合板的过度凸起,焊点处完全熔化或穿孔,以及焊点周围更小的局部穿孔的形成等。无论是焊点处的穿孔,还是从焊点处移动位置的穿孔,都是不可接受的。
    市场上使用的复合板在采用标准点焊工艺生产加工时已经表现出钢板表层穿孔的倾向。为了提高电阻点焊性能和明显消除穿孔倾向,进行了一些基础研究,以了解这种材料在电阻点焊过程中的行为特性。
    试    验
    材料
    试验用复合板厚度为0.9mm和1.1mm, 钢板夹层两外表面电镀,镀层重量大约为60g/m2。锌镀层不能用于表面。
    焊接设备
    焊接性能采用GMR&D中心安装的生产式设备进行评估。焊接系统包括中频直流(简写MFDC)和常用的单相交流焊接控制两种方式。MFDC变压器具有170kVA额定功率,最高电压能力为13V。交流变压器具有400kVA额定功率,最高电压能力为29V。
    实验中使用的焊接电极都符合GM 规范MWZ-6006,这是一种在焊接面上带一个小平台的球鼻电极。电极压力大约为2.1kN或3.0kN,这两种压力都适用于0.9mm和1.1mm的复合板的焊接。
    进行分析的类型
    扫描电子显微镜分析(简写SEM)和能量色散谱(简写EDS)分析都使用带有Noran EDS系统的Zeiss EVO SEM进行操作。所有的EDS分析都在最优化的工作距离(19mm)和样本同向(不倾斜)情况下进行,以保证分析结果具有最高精确性。显微镜电压通常设定为15~20kV,以精确分析重元素。
    电子探针显微分析(简写EPMA)使用Cameca仪器公司的Model Sx100仪器。电子束电压通常为15keV或20keV, 电子束电流为20nA,40nA,或100nA。元素的多种组合和X-射线铁(Kα), 锰(Kα),钙(Kα),硅(Kα), 氧(Kα),磷(Kα),和碳(Kα)都被包括在X射线映像中。复合表面是由约~2nm的金-钯导电胶片溅射涂膜以防止样本带电。影像大小为512×512像素,每像素静态时间为10ms。每像素的步长从0.5~10μm不等(因此250 ~5000μm的field size),包围要观测的区域。定量微量分析(碳和磷聚集区)通过15keV电子束电压和100nA电子束电流进行实验。碳浓度从铁碳合金相图进行计算,铁碳合金相图通过含碳量从0.006~0.61wt%的一系列钢铁标准测定。磷化铟(简写InP)用作磷标准。
    结果及讨论
    复合钢板和聚合物芯分析
    芯部材料是从1.1mm厚的复合板材上切割下来的。每单位面积的平均质量是4.2mg/cm2,其中聚合体为3.8mg/ cm2。无机成分为0.40mg/cm2,大约占整个芯部质量的10%。为了估计芯部厚度,假定聚合体密度为~1g/cm3。这样计算出的芯部厚度大约为38μm,相对整个复合钢板来说,粘弹性芯部非常薄。
    从聚合物芯部切割出的无机成分的整体化学分析结果如表1所示。最大的成分为铁,其次为磷、锰、钙及其它。铁与磷的质量比如表1所示,相当于铁磷化合物Fe2P的质量比。
    更详细的分析是采用SEM和EPMA 进行的,目的是进一步了解芯部材料的无机材料的结构、分布和组成。图1显示了1.1mm厚复合钢板内部表面的SEM二次电子成像(简写SEI)显微图。通过小心地将两张钢板表皮分开,大多数胶粘剂仍保持完整,并附着在两张钢板内部表面其中的一张上。图1是从钢板内部表面分离出来的粘结层,也是粒子聚合物高倍放大图像。许多粒子具有清晰的棱角组织,说明它们是通过更大粒子的粉碎而成。对这些棱角组织的SEM EDS分析发现多数铁含有很高的磷和锰,与表1中整体无机成分分析相一致。微区电子探针显微分析更精确地确定了粒子的组成,尤其是铁与磷的比率。微区电子探针显微分析了一组粒子团,发现磷含量在26.6%~50.9%之间。铁和磷形成一系列金属化合物,包括Fe3P,Fe2P,FeP 和其它。因为整体分析与Fe2P的质量比类似,铁与磷的比率大约为2,这也说明了Fe3P和FeP的组合大致与Fe2P 比例相等。
上一条:暂时没有! 下一条:镍钼基合金HastelloyB-3的焊接工艺评定试验