CN120828196B - 一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，包括：获取钢板的维氏硬度值；通过钢板的化学成分，获得钢板的硬度值；钢板在设定条件下，获得直径为5.0~6.0 mm熔核直径时的焊接电流I、通电时间t、电极压力P；计算熔核硬度H。本发明的优点：通过建立数学模型直接预测熔核硬度，无需进行破坏性检测，缩短检测周期，传统方法需要对焊接件进行切割、加工和硬度测试，整个过程耗时较长，而本发明可以在几分钟内完成硬度预测；能够在焊接过程中实时预测熔核硬度，根据预测结果及时调整焊接工艺参数（如电流、通电时间和电极压力），确保焊接质量的稳定性，提高预测效率；无需复杂的硬度检测设备和大量的焊接试验。

Description

一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法。

背景技术

电阻点焊是一种高效、低成本的焊接方法，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。为了评估焊点接头的性能，通常需要进行大量的焊接试验，测试接头的力学性能和可焊性。其中，点焊接头的硬度是衡量焊点质量的重要指标之一。

目前，常规的硬度检测方法是对焊接后的钢板进行破坏性测试，包括切割、打磨和硬度测量等步骤。这种方法不仅过程繁琐、周期长，还会破坏焊接件的整体结构。此外，现有技术中对电阻点焊熔核硬度的预测研究较少，缺乏有效的非破坏性预测方案。

现有技术中，公布号为CN 116337924 A的专利，公开“一种船用钢焊接接头的维氏硬度评估方法及系统”，基于接头热循环曲线、产品化学成分及微观组织进行评估，计算获得钢板焊接接头的维氏硬度值。

公布号为CN 118559243A的专利，公开“一种钢板的激光焊硬度预测的方法”，通过钢板化学成分，焊接工艺及焊接钢板的材料特征对钢板激光焊接接头进行硬度预测，获得钢板激光焊接接头的硬度值。

上述专利针对船用钢板和激光焊接接头的硬度进行了预测，无法直接应用于软钢的电阻点焊接头硬度预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，通过对钢板成分、钢板的硬度及形成一定熔核尺寸的焊接参数进行综合计算，即可方便、快捷的预测钢板电阻点焊接头维氏硬度，获得钢板电阻点焊硬度预测数值，降低劳动强度。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，将钢板的维氏硬度值引入熔核硬度计算中，用于预测软钢电阻点焊的熔核硬度，包括：

获取钢板的维氏硬度值；

通过钢板的化学成分，获得钢板的硬度值；

钢板在设定条件下，获得直径为5.0~6.0 mm熔核直径时的焊接电流、通电时间、电极压力；

计算熔核硬度，公式如下：

H = H1 + H2 + 5.2 * P / (I * t)①；

公式①中，I表示焊接电流，单位为kA；t表示通电时间，单位为s；P表示电极压力，单位为kN，H1表示钢板的维氏硬度值，H2表示钢板的硬度值，H表示熔核硬度。

钢板的化学成分为C、Si、Mn、S、P、Ti，其余元素含量之和小于0.05，其中，以质量分数计：

C的含量≤0.10%，Si的含量≤0.02%，Mn的含量≤0.05%，S的含量≤0.025%，P的含量≤0.025%，Ti的含量≤0.20%；

钢板的硬度值，计算公式如下：

H2=288*C+17*Si+113*Mn+Ti+90②。

软钢为冷轧钢板或冷轧镀锌板，抗拉强度≤350MPa，延伸率 A50≥30%，钢板厚度≤3mm。

焊接电流、通电时间、电极压力为单脉冲焊接工艺参数。

设定条件为电极端面5.9~6.1mm、环境温度18~22℃、电极冷却水温度19~21℃。

钢板的维氏硬度值为钢板厚度方向上1/4处位置的维氏硬度值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过建立数学模型直接预测熔核硬度，无需进行破坏性检测，缩短检测周期，传统方法需要对焊接件进行切割、加工和硬度测试，整个过程耗时较长，而本发明可以在几分钟内完成硬度预测；能够在焊接过程中实时预测熔核硬度，根据预测结果及时调整焊接工艺参数（如电流、通电时间和电极压力），确保焊接质量的稳定性，提高预测效率；

2、避免对焊接件进行切割和破坏性处理，保留了完整的焊接件用于后续使用，减少了材料浪费；无需复杂的硬度检测设备和大量的焊接试验，降低了设备投资和运行成本；

3、通过综合考虑钢板的化学成分、初始维氏硬度和焊接工艺参数，能够精准预测熔核硬度，预测结果与实际硬度值高度一致；基于预测结果，可以优化焊接工艺参数，确保焊接接头的硬度达到设计要求，提高焊接接头的整体性能；

4、同生产工艺（如轧制、退火等）对钢板的组织和性能有显著影响，本发明通过引入钢板厚度方向上1/4处位置的维氏硬度值H1，能够有效反映钢板初始状态对熔核硬度的影响，适应多种生产工艺；

5、传统方法需要进行大量的焊接试验来确定最佳工艺参数，而本发明通过预测方法可以直接指导焊接工艺参数的选择，减少了试验次数；预测方法简单易行，操作人员经过简单培训即可掌握，无需复杂的操作技能，进一步提高了生产效率。

附图说明

图1是软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

实施例

见图1，一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，软钢的强度较低，钢中的组织为铁素体或铁素体+微量珠光体，具体包括以下内容：

S1、获取钢板的维氏硬度值H1；

钢板的维氏硬度值H1为钢板厚度方向上1/4处位置的维氏硬度值；钢板经过轧制、退火等生产工艺过程，获得产品最终组织、力学性能和硬度值，不同的生产工艺，产品的组织、性能和硬度值也会出现变化；将钢板厚度方向上1/4处位置的维氏硬度值引入熔核硬度计算工艺，体现了钢板初始状态对熔核最终硬度影响。

S2、确定钢板的化学成分，通过设定的计算公式计算出硬度值H2；

钢板的化学成分为C、Si、Mn、S、P、Ti，其余元素含量之和小于0.05，其中，以质量分数计：

C的含量≤0.10%，Si的含量≤0.02%，Mn的含量≤0.05%，S的含量≤0.025%，P的含量≤0.025%，Ti的含量≤0.20%；

钢板的硬度值H2，计算公式如下：

H2=288*C+17*Si+113*Mn+Ti+90①；

公式①基于对现有产品的化学成分的统计，通过对产品化学成分含量、熔核实际硬度和产品的硬度值的拟合而获得。

S3、钢板在设定条件下，获得直径为5.0~6.0 mm熔核直径时的焊接电流I、通电时间t、电极压力P；

计算熔核硬度H，计算公式如下：

H = H1 + H2 + 5.2 * P / (I * t)②；

公式②中，I表示焊接电流，单位为kA；t表示通电时间，单位为s；P表示电极压力，单位为kN，H1表示钢板的维氏硬度值，H2表示钢板的硬度值，H表示熔核硬度。

钢板在电极端面6mm，环境温度20±2℃，电极冷却水温度20±1℃条件下，获得直径为5.5±0.5mm熔核直径时的焊接电流I，通电时间t，电极压力P。

本发明软钢为冷轧钢板或冷轧镀锌板，其抗拉强度≦350MPa，延伸率A₅₀≧30%，钢板厚度≦3mm。

钢板的化学成分为钢中各化学元素的质量百分含量。

本发明软钢为冷轧钢板或冷轧镀锌板，其抗拉强度≦350MPa，延伸率A₅₀≧30%，钢板厚度≦3mm。

钢板的化学成分为钢中各化学元素的质量百分含量。

本发明述所钢板的化学成分对熔核硬度影响的积极效果如下：

C是钢中的强化元素和显著提高钢板淬透性元素，随着C含量的增加，熔核组织中贝氏体、马氏体相呈增多趋势，熔核的硬度也随着增大。在公式①中C的系数最大，体现出该元素对熔核硬度的影响最为显著。

Mn是钢中强化元素，其强化效果略低于C，同时也可以增加钢板的淬透性。随着钢中Mn含量的增加，熔核金属的强度、硬度随着增大。

Si是钢中能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其对熔核硬度影响相对较弱。在公式1中Si的系数相对较小。

Ti是提高钢板强度的常用元素，但是其加入量小，对熔核硬度的影响较小。

在点焊过程中，熔核金属是在电极压力和水冷的条件下的强制冷却，冷却速度远大于钢板形成马氏体的临界冷却速度。熔核的组织以铁素体、贝氏体、马氏体两相或三相组成，熔核硬度值远高于母材的硬度值。

表1为实施例的化学成分和产品的厚度尺寸，表2为获得5.5mm熔核时的焊接参数，表3为熔核硬度值、实测值及预测偏差。

表1 产品化学成分及钢板厚度。

表2 焊接工艺制度与计算值

表3 预测硬度与实测硬度对照表

本发明通过7组实施例，表述了本发明一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法的实施效果。通过不同成分和厚度（表1），不同的焊接工艺方案（表2），获得了不同的预测结果（表3）。从表3的最终预测结果看，最大的预测偏差为4.78%，其预测试为232HV，实测值为221HV。最小的预测偏差仅为0.82%，其预测试为218HV，实测值为220HV。所有的预测指标偏差均在5%以内，表明本发明专利的预测效果显著，可满足实际生产应用，具备应用价值。

以上仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。通过对本发明熔核硬度预测值和实测值对比，本发明预测值偏差在5%以内，具有较高的预测水平。

本发明通过建立数学模型直接预测熔核硬度，无需进行破坏性检测，缩短检测周期，传统方法需要对焊接件进行切割、加工和硬度测试，整个过程耗时较长，而本发明可以在几分钟内完成硬度预测；能够在焊接过程中实时预测熔核硬度，根据预测结果及时调整焊接工艺参数（如电流、通电时间和电极压力），确保焊接质量的稳定性，提高预测效率；避免对焊接件进行切割和破坏性处理，保留了完整的焊接件用于后续使用，减少了材料浪费；无需复杂的硬度检测设备和大量的焊接试验，降低了设备投资和运行成本；通过综合考虑钢板的化学成分、初始维氏硬度和焊接工艺参数，能够精准预测熔核硬度，预测结果与实际硬度值高度一致；基于预测结果，可以优化焊接工艺参数，确保焊接接头的硬度达到设计要求，提高焊接接头的整体性能；同生产工艺（如轧制、退火等）对钢板的组织和性能有显著影响，本发明通过引入钢板厚度方向上1/4处位置的维氏硬度值H1，能够有效反映钢板初始状态对熔核硬度的影响，适应多种生产工艺；传统方法需要进行大量的焊接试验来确定最佳工艺参数，而本发明通过预测方法可以直接指导焊接工艺参数的选择，减少了试验次数；预测方法简单易行，操作人员经过简单培训即可掌握，无需复杂的操作技能，进一步提高了生产效率。

Claims (6)

1.一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，其特征在于，将钢板的维氏硬度值引入熔核硬度计算中，用于预测软钢电阻点焊的熔核硬度，包括：

获取钢板的维氏硬度值；

通过钢板的化学成分，获得钢板的硬度值；

钢板在设定条件下，获得直径为5.0~6.0 mm熔核直径时的焊接电流、通电时间、电极压力；

计算熔核硬度，公式如下：

H = H1 + H2 + 5.2 * P / (I * t)①；

公式①中，I表示焊接电流，单位为kA；t表示通电时间，单位为s；P表示电极压力，单位为kN，H1表示钢板的维氏硬度值，H2表示钢板的硬度值，H表示熔核硬度。

2.根据权利要求1所述的一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，其特征在于，所述的钢板的化学成分为C、Si、Mn、S、P、Ti，其余元素含量之和小于0.05，其中，以质量分数计：

C的含量≤0.10%，Si的含量≤0.02%，Mn的含量≤0.05%，S的含量≤0.025%，P的含量≤0.025%，Ti的含量≤0.20%；

所述的钢板的硬度值，计算公式如下：

H2=288*C+17*Si+113*Mn+Ti+90②。

3.根据权利要求1所述的一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，其特征在于，所述的软钢为冷轧钢板或冷轧镀锌板，抗拉强度≤350MPa，延伸率 A50≥30%，钢板厚度≤3mm。

4.根据权利要求1所述的一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，其特征在于，所述的焊接电流、通电时间、电极压力为单脉冲焊接工艺参数。

5.根据权利要求1所述的一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，其特征在于，所述的设定条件为电极端面5.9~6.1mm、环境温度18~22℃、电极冷却水温度19~21℃。

6.根据权利要求1所述的一种软钢电阻点焊熔核硬度的预测方法，其特征在于，所述的钢板的维氏硬度值为钢板厚度方向上1/4处位置的维氏硬度值。