点焊镀锌钢板时电极表面熔敷TiC涂层对电极失效的影响利用SEM、EDX和XRD等方法分析了在点焊镀锌钢板时电极表面熔敷TiC涂层对电极失效的影响。结果表明: 点焊镀锌钢板时电极的失效机制主要是电极和镀锌板之间局部焊接的断裂发生在电极表面而导致的电极磨损, 以及电极和镀锌板表面的锌之间的合金化。表面涂敷TiC的CuCrZr电极的寿命(1 200点)是CuCrZr电极寿命(500点)的 2 4倍, 表面处理能提高电极寿命的主要原因是在点焊镀锌钢板时表面涂敷的TiC层能阻碍电极和镀锌板之间的局部焊接和阻碍电极和镀锌板表面的锌之间的合金化。, 特别是镀锌钢板在汽车上应用愈来愈广泛。由于点焊镀锌钢板时, 低熔点的锌减小了接触电阻, 与点焊普通钢板 (非镀层钢板 )相比, 需增大焊接电流 [1 4]或延长焊接时间 [4], 电极工作部分在热和力的联合作用下, 易与钢板表面的低熔点的锌发生反应, 形成低熔点的合金, 加快电极失效 [5 7]。为了延长电极寿命, 在电极头部熔敷一层高熔点、高强度、高电导率且与锌结合力低的陶瓷材料, 能阻碍或减缓电极与钢板表面的锌镀层发生反应。本文作者研究了电极表…2．1  点焊
（1）焊接性
由于锌与钢的物理性能相差很大，电阻焊焊接过程中会带来以下几个问题。
① 锌的熔点为419℃，沸点为907℃，均远远低于铁的熔点1500℃，因此，焊接过程中，与铜电极接触的镀锌层先于工件被连接部位的钢板而熔化。熔化的锌不但在电极压力的作用下易飞溅出来，而且还会与电极粘连，致使电极表面形成Cu-Zn合金层。由于Cu-Zn合金电阻率大，易于过热变形，这不但降低了电极寿命，而且改变了焊接规范，破坏了焊接过程的稳定性和焊接质量，严重时甚至不能形成熔核。
② 由于锌比较软，同样电极尺寸下，电极与镀锌钢板的接触面积以及镀锌板与镀锌板之间的接触面积均较大，使工件中的电流密度减小，易于产生未焊透缺陷。
③ 焊接过程中，工件连接点（熔核）部位的锌层熔化后应充分挤出，否则会显著降低焊点的连接强度。因此，为了保证将这部分液态锌充分挤出，应使用较大的电极压力，一般比非镀锌钢高20％～25％。
④ 电极压力过大或电流过大时，与电极接触的锌层可能会因粘到电极上而剥落下来，使工件失去了耐蚀性，也影响了表面美观。为了避免这种现象，应采用较大尺寸的电极，并延长锻压时间，加强电极的冷却。
⑤ 熔核处的液态锌总有一部分残留下来，参与熔核的结晶过程，在强大的电磁力的作用下，结晶过程中以条状分布在钢的枝晶晶界上。如果锻压阶段的电极压力不够大，则液态锌的原部位可能会形成结晶缩孔，而晶界上的锌造成裂纹。
（2）点焊工艺
镀锌钢板的点焊工艺程序与一般钢板点焊程序是相同的，即预压→通电焊接→锻压。为了克服上面所述的几个问题，一般采用硬规范，即大电流、短时间、高压力规范。所用电流比同样板厚的一般低碳钢要高20％～50％，压力要高20％～25％。表6给出了镀锌板点焊规范参数。
表6  镀锌板点焊规范参数
板厚/mm	焊接电流/A	焊接时间
（周波数）	电极压力
/N	电极直径/mm	抗剪强度
/kN						上电极	下电极			1.0+1.0
2.0+2.0
1.0+2.0
1.0+3.0
  1.0+0.75+1.0
  0.75+2.0
  1.0(镀锌)+3.0(非镀锌)
  1.0(镀锌)+2.0(非镀锌)
  0.5+0.5
1.5+1.5	11000～12000
13000～14000
13000～13500
12000～13000
13000～13500
10000
10000
9000
13000
15000	8
8
8
8
8
8
8
8
8
10	4000
4000
4000
4000
4000
3500
4000
4000
3500
4000	6.0
6.0
6.0
6.0
6.0
5.0
5.0
5.2
5.0
6.0	6.0
6.0
6.5
8.0
6.0
6.5
5.5
5.2
5.0
6.0	5.9
5.6
6.7
6.6
5.6
4.7
7.0
5.8
2.5
11.2		由于采用硬规范，因此电极一般选用高温硬度高、导电性好、再结晶温度高的电极，例如Cu-Cr电极、Cu-Zr电极。另外，还可采用加入钨或钼金属块的复合电极，以提高电极寿命。电极端面一般不能做成平面状，最好采用球形端面。
2．2  凸焊
（1）工艺特点
凸焊实际上是一种特殊的点焊。在一个焊件的接合面上预先加工一个或多个凸点，使其与另一焊件连接面相接触，通过加压、通电加热将凸点压溃，凸点处的镀锌层首先产生熔化、氧化、飞溅，进一步加压，使凸点被压平，然后形成熔核，将工件焊接起来。这种焊接方法特别适合于镀锌钢板的焊接，其优点是：
① 由于凸点的存在，工件之间的接触面积变小，电流密度增大，因此可显著降低焊接电流和电压，这对于镀锌钢板来说是非常有效的；
② 由于焊接电流集中在凸点上，不存在通过相邻焊点分流的问题，所以可以采用较小的搭接量和较小的点距；
③ 一个焊接热循环可焊接多个焊点，并且可焊接两个厚度相差很大的工件，最大厚度比可达6:1；
④ 凸焊焊点的位置比点焊焊点更精确，而且，由于凸点大小均匀，所以凸焊焊点质量更为稳定，因此，凸焊焊点的尺寸可设计的比点焊焊点小；
⑤ 由于可采用大的平面电极焊接多个凸点，这大大降低了各个焊点的压痕，有效地避免了对表面镀锌层的影响。
（2）焊接工艺
1) 焊前准备
焊前准备包括表面清理、凸点形状及尺寸的设计、凸点加工等。焊前表面清理主要是清除镀锌层表面的ZnO，常用的方法是用细砂纸打磨并用丙酮清洗。
凸点设计主要是确定凸点形状、凸点数量、凸点尺寸、凸点高度等。一般采用单凸点结构。凸点形状有三种：半球形、圆锥形及带环形溢出槽的半球形，如图1所示。圆锥形凸点可增大刚度，防止凸点过早压塌，避免因电流过大引起的飞溅；而带环形槽的凸点是为了防止凸点过早压塌时挤在工件之间而使电流密度下降。凸点的尺寸可按照如下经验公式确定，即
            d＝2δ+0.7mm
h＝0.4δ+0.25mm
式中    d——凸点直径；
h——凸点高度；
δ——板厚。
镀锌钢板凸焊一般采用半球形或圆锥形凸点，表7给出了低碳钢镀锌板的凸点数据，表8给出了厚度不等时常用的凸点尺寸。
表7  低碳钢镀锌板的凸点数据
板厚/mm	凸点直径d/mm	凸点高度h/mm	最小熔核直径/mm	最小搭接宽度ι/mm		0.25
0.30
0.36
0.40
0.53
0.64
0.79
0.86
1.12
1.27
1.57
1.78
1.98
2.39
2.77
3.18
3.56
3.96
4.34
4.75
5.16
6.35	1.39
1.39
1.39
1.70
1.70
2.05
2.40
2.40
3.02
3.02
3.96
4.70
5.5
6.4
7.13
7.9
8.7
9.5
10.3
11.0
13.5
13.5	0.39
0.39
0.39
0.43
0.43
0.50
0.
点焊镀锌钢板工艺.doc