不同材質(zhì)電極點焊性能研究及其失效分析.pdf

1、隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，我國的汽車工業(yè)亦因此獲得了前所未有的高速發(fā)展。鍍鋅鋼板由于其優(yōu)異的腐蝕防護性能被大量應用于制造汽車車身，如底盤、外覆蓋件、前機艙、行旅箱、車門等，部分車型上鍍鋅鋼板的使用量已達100％。目前，鍍鋅鋼板的汽車車身及各組件的焊接生產(chǎn)仍大量采用電阻點焊的方法，這與電阻點焊特有的焊接優(yōu)異性有關。電極是電阻焊中的主要耗材，目前主要使用 CuCrZr合金制造，部分使用Al2O3彌散強化銅等其他銅合金制造。CuCr

2、Zr合金電極在點焊鍍鋅鋼板時存在一定問題，主要是熔融鋅液易粘附于電極表面使電極工作面合金化，降低了電極的導電導熱性能，加速電極損耗導致生產(chǎn)率降低、成本提高，而 Al2O3彌散強化銅合金電極價格昂貴，目前應用較少。針對這些的問題，研究人員開發(fā)出了多種CuCrZr合金涂層電極，提高了電極的使用壽命。但涂層電極也存在制備相對復雜、涂層耗損完后就相當于普通 CuCrZr合金電極不再具有優(yōu)勢等不足。為此，本課題選用CuNiCoBe和CuNiBe合

3、金制作點焊鍍鋅鋼板的電極，與CuCrZr和Al2O3彌散強化銅合金電極進行點焊鍍鋅鋼板的性能對比試驗，分析了不同材質(zhì)電極點焊時焊接區(qū)的電阻，測量了不同材質(zhì)電極在點焊過程中的溫度變化，并運用超景深顯微鏡、SEM、EDS、XRD、光譜儀等分析測試設備對失效之后的電極進行失效分析。結(jié)果表明：
　　盡管CuNiBe與CuNiCoBe合金的電導率要低于CuCrZr以及Al2O3彌散強化銅合金，但這四種材質(zhì)的電極與焊鍍鋅鋼板間的接觸電阻大小相

4、當，其原因在于接觸電阻主要決定于較軟的鍍鋅層。
　　點焊過程中，四種材質(zhì)的電極溫度均迅速上升并很快進入動態(tài)穩(wěn)定階段，就散熱性能而言，CuCrZr、Al2O3彌散強化銅合金電極要優(yōu)于CuNiBe和CuNiCoBe合金電極，但各電極在距工作端面最近處測得的峰值溫度均為160℃～170℃左右，并無明顯差異。
　　按照美國焊接協(xié)會標準（AWS/SAED8.9M:2002）測得CuCrZr、Al2O3彌散強化銅、CuNiBe和CuNi

5、CoBe四種材質(zhì)的合金電極在相同的點焊工藝參數(shù)下，點焊鍍鋅鋼板的使用壽命分別為：1600點，4300點，3700點和3500點。
　　對失效之后的四種材質(zhì)電極進行失效分析，發(fā)現(xiàn)：四種材質(zhì)電極中都存在上電極比下電極磨損嚴重，以及上電極端面直徑增大速率較快的現(xiàn)象；在點焊過程中四種材質(zhì)電極都存在“坑蝕”與“自愈合”現(xiàn)象及不同程度的合金化，合金化的主要產(chǎn)物為Cu-Zn合金，其主要物相為：CuZn、(CuZn)、Cu5Zn8、Cu1.05Z

6、n0.95。CuCrZr電極的合金化速率最快，Al2O3彌散強化銅和CuNiCoBe合金電極次之，CuNiBe電極合金化速率最小。
　　四種材質(zhì)電極失效后的顯微硬度顯示：Al2O3彌散強化銅合金電極端面的硬度下降幅度最小，CuCrZr及 CuNiCoBe和 CuNiBe合金電極端面的硬度下降幅度較大，但CuNiCoBe和CuNiBe合金電極由于本身硬度較高，因此失效后電極端面仍具有較高的硬度，而CuCrZr合金電極失效后的端面硬度