鍍鋅鋼板電阻焊電極材料的研究現(xiàn)狀

1、鍍鋅鋼板電阻焊電極材料的研究現(xiàn)狀摘要：與普通鋼板相比較，鍍鋅鋼板具有良好的耐腐蝕性能，但鍍鋅鋼板電阻焊的電極壽命較短很大程度上提高了焊接成本。為了提高鍍鋅鋼板電阻焊電極的使用壽命，對電極材料的研究很受到廣范關(guān)注。本文總結(jié)了一些鍍鋅鋼板電阻焊電極材料的研究現(xiàn)狀以及取得的成果。關(guān)鍵詞：電阻焊 鍍鋅鋼板 電極材料 研究現(xiàn)狀0前言 由于具有良好的耐腐蝕性能，鍍鋅鋼板近年來在汽車、 家電、 建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。在汽車制造業(yè)中電阻焊作為一種重要的生產(chǎn)工藝被大量使用。在汽車制造業(yè)中鍍鋅鋼板也取代了冷軋鋼板1。與普通鋼板 電阻焊相比，在焊接鍍鋅鋼板時，其表面的低熔點(diǎn)鍍鋅層減小了接觸電阻和電流密度，需增大

2、焊接電流或延長焊接時間，使得焊接電極易合金化。在高溫、 高壓下頻繁與工件接觸， 加快了電極磨損2，因此，電阻焊鍍鋅鋼板電極的壽命一般較短3。為了提高電阻焊時電極材料的使用壽命，各國焊接工作者和材料學(xué)家就鍍鋅鋼板電阻焊電極材料進(jìn)行了大量的研究。1. 氧化鋁銅電極 美國 SCM 公司在1973 年開始推出氧化鋁彌散強(qiáng)化銅材料。采用了全新的制造工藝， 綜合性能得到了較大的提高。具有出色的高溫力學(xué)性能（軟化溫度900 ）及良好的導(dǎo)電性（導(dǎo)電率80%85%IACS） 和耐磨性。而且彌散強(qiáng)化銅電極中彌散分布著細(xì)小的氧化鋁顆粒，可阻止Zn向電極中擴(kuò)散。減小粘結(jié)所帶來的電極損耗。從而使命比普通CuCr電極壽命

3、延長22.7 倍。氧化鋁銅電極已經(jīng)正式納入ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。日本也開發(fā)并制造、 銷售商品名為 DEMIRAS 的彌散強(qiáng)化銅電極材料，并且也納入了日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)4。與無氧銅電極相比，中南大學(xué)汪明樸、 李周等人制備出零燒氫膨脹納米彌散強(qiáng)化 CuAl2O3合金抗退火軟化溫度可高達(dá) 900 以上， 而導(dǎo)電率可達(dá) 75%96%IACS， 具有零燒氫膨脹特性。但目前其造價十分昂貴，在價格上比Cu Cr銅電極高2倍左右，因而目前使用還不普遍。但對鍍鋅板優(yōu)異的焊接性能及鍍鋅板的普遍使用，市場前景很好。2. 銅合金電極 在Cu中加入w（Cr）0.5%1.0形成可以熱處理強(qiáng)化的合金材料。由于鉻銅是熱處理合金，

4、高溫硬度高， 耐用性也好， 導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率也較高5，因而得到高硬度和良好的導(dǎo)電性的電極材料。但用于鍍鋅鋼板電阻焊時電極壽命很短。而在鉻銅合金中加入少量的 Zr 制成的電極材料，其各種性能得到很大改善。但CrZrCu合金電極有 2 個主要缺點(diǎn)： 一是電極會與鋼板嚴(yán)重粘結(jié)，大大降低生產(chǎn)效率； 二是電阻焊電極的使用壽命要比焊接無鍍層鋼板時明顯縮短。天津大學(xué)吳志生等將深冷處理技術(shù)應(yīng)用于提高鍍鋅鋼板電阻焊電極壽命進(jìn)行了研究6，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用未深冷處理的CrZrCu合金電極電阻焊鍍鋅鋼板時， 前 200 個焊點(diǎn)的熔核直徑變化不大，焊至第 300 個焊點(diǎn)后熔核直徑產(chǎn)生較大變化，而且很快減小，電極壽命只有 55

5、0 個焊點(diǎn)。用深冷處理的CrZrCu合金電極電阻焊鍍鋅鋼板時，前1500個焊點(diǎn)的熔核直徑較穩(wěn)定，波動較小。150 保溫 2 h 與保溫 4 h 的深冷電極壽命分別為 1 687 個焊點(diǎn)與 1 743 個焊點(diǎn)， 可以認(rèn)為壽命相同。170 保溫 2 h 的深冷電極的電阻焊過程更為穩(wěn)定， 在 1 800個焊點(diǎn)范圍內(nèi)熔核直徑?jīng)]有較大波動， 該電極平均命達(dá)到2 234個焊點(diǎn)， 壽命進(jìn)一步提高。用未深冷處理電極電阻焊鍍鋅鋼板時， 粘電極現(xiàn)象嚴(yán)重，并伴有飛濺，而用深冷處理電極電阻焊鍍鋅鋼板時， 焊接過程飛濺較小。由于Cr-Zr-Cu 電極相對其優(yōu)良的性能來說， 價格比較低廉，能滿足生產(chǎn)的需要，因此被廣泛使用

6、。今后的研究重點(diǎn)是如何簡化工藝以降低成本和進(jìn)一步提高材料性能,同時加強(qiáng)對一些新的制備方法,如復(fù)合電沉積法、真空混合鑄造法、XD法的研究7。3. 復(fù)合材料電極 以W-Cu 合金為典型的復(fù)合材料電極，是采用在高溫下硬度也不降低的W 與導(dǎo)熱性好的Cu混合燒結(jié)而成的。W 基高密度合金是在 W 中加入少量的鎳鐵或鎳銅燒結(jié)而成，W-Cu 復(fù)合材料中有 w（Cu）10%40， 也廣泛用于鍍鋅鋼板的電阻焊。4. 涂層電極 國內(nèi)用電火花在CrZrCu電極表面熔敷一層 TiC。 電阻焊鍍鋅鋼板的電極壽命達(dá)到1 000 余個焊點(diǎn)，是一般CrZrCu電極（400 個焊點(diǎn)）的 2.5倍。以TiC 涂層延緩和阻止了 Zn

7、 的擴(kuò)散，延緩了與電極基體 Cu 的合金化。但隨著焊點(diǎn)的增加， 可能形成脆性很大的 CuZn 合金，在熱和力的作用下脫落，致使其有更大的面積與 Zn 接觸， 進(jìn)一步加快了電極的磨損。針對存在的各種問題， 提出了采用雙層和多層涂層8-9。在 CrZrCu 銅合金電極頭部先沉積一層Ni 基合金， 然后再沉積 TiC 顆粒增強(qiáng)的 Ni基合金 （雙層涂層）。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與單層 TiC 顆粒增強(qiáng)的 Ni 基合金相比，雙層涂層的致密度、韌性以及與基體的結(jié)合得到大大改善，在焊接過程中也不易開裂。陳錚10等人還提出了多層電極的思路，創(chuàng)造性地提出在涂層最頂端沉積一層固體干潤滑膜， 可顯著降低焊接初期涂層與熔融

8、Zn 之間的粘附， 延緩了基體與 Cu 的合金化， 可大大提高電極壽命。結(jié)語： 鍍鋅鋼板所用的電極材料通常都是銅或銅合金，但由于成本高，價格昂貴，限制了其在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。因此，未來的發(fā)展方向是降低 Cu 基復(fù)合材料的制造成本；找出涂層沉積的最優(yōu)工藝參數(shù)， 從而提高表面涂層的質(zhì)量， 減少裂紋、 空洞、 涂層脫落等缺陷，提高表面涂層與電極基體的結(jié)合強(qiáng)度，從而提高電極的使用壽命；尋找新的適合鍍鋅鋼板焊接的優(yōu)質(zhì)電極。參考文獻(xiàn) ：1 Prabhjit Sidhu Wear mechanism and technology improvement of TiC cap electrodes for r

9、esistance spot weldingDOntar： the University of Waterloo， 20022 殷美慶， 王 敏， 蔣鏡昱， 等 鍍鋅鋼板電阻電極壽命研究 J電焊機(jī)， 2003， 33（5）：1415 3 Studdon W Degradation of electrodes when resistance spot welding calume D. Wollongong： the University of Wollongong，1992.4 （日） 濱崎正信搭接電阻焊M 尹克里，等 譯. 北京：國防工業(yè)出版社，1977：1131175 王錦夏，田衛(wèi)平新型電

10、阻焊材料-彌散強(qiáng)化銅 J電焊機(jī)，1997， 27（4）： 38416 吳志生，單平，廉金瑞，等深冷處理提高鍍鋅鋼板電阻焊電極壽命的機(jī)理J 焊接學(xué)報(bào)，2006，4（4）：7107 李美霞, 楊 濤, 郭志猛. 電阻焊電極用銅合金材料的研究進(jìn)展 J 河北工業(yè)科技， 25（2）：116-118.8 Chen Zheng , Zhou Y Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coating ：Part 1 Coating characterizationJ Surface and Coating Technology， 2006， 201（6）：1 5031 5109 Chen Zheng Interfacial microstructure and strength of partial transient li