３年４月ＴＲＡＮＳＡＣｒｎ０ＮＳ ０Ｆ’ＩＨＥ ＣＨＩＮＡ ＷＥＬＤＩＮＧ ＩＮＳＩＴ兀１１１０Ｎ
摘要：为了提高镀锌钢板点焊电极寿命，作者提出了镀锌钢板点焊电极的深冷处理 方法。采用不同深冷处理工艺参数处理了点焊镀锌钢板的ｃｒ—ｚｒ—ｃｕ合金电极，用这
１．１电极的深冷处理 深冷处理是指在一１３０℃以下对材料进行处理 改变材料性能的一种方法，深冷处理以液氮（一１９６℃） 为制冷剂“Ｊ。试验采用气体法加工深冷电极，将电 极放人深冷装置，液氮经喷管喷出后在冷箱中直接 汽化，利用液氮的汽化潜热及低温氮气吸热使冷箱 降温。通过控制液氮的输入量来控制降温速度、保 温温度、保温时间等实现对温度的自动调节。 该试验采用降温速率为６℃／ｎｌｉｎ，处理温度分 别为一１５０℃、一１７０℃，保温时间分别为２ ｈ和４
镀锌钢板具有良好的防腐蚀性能和成形性。在 轿车制造业得到了广泛的应用…。但镀锌钢板的 点焊在目前的生产领域仍是个复杂的问题。镀锌钢 板的焊接性能与低碳钢板相比有明显的特殊性，如 存在着点焊过程中飞溅较大、点焊电板烧蚀较快、点 焊电极寿命降低及焊接质量不稳定等问题。一对点 焊电极点焊低碳钢板可焊数千个焊点，而点焊镀锌 钢板只能焊几百个焊点就要更换或修理电极。因 此。在大批量生产的汽车制造业，镀锌钢板点焊电极 寿命问题一直是一个非常重要的问题口Ｊ Ｊ。 近些年来，为提高镀锌钢板点焊电极寿命及点 焊质量。国内外研究者进行了多种尝试，如开发新的 导电铜合金材料、点焊电极的表面改性等，但这些措 施存在着设备复杂、大、研制周期长、制造成本 高等问题，限制了其商业应用。为此，作者首次将深 冷处理技术应用于提高镀锌钢板点焊电极寿命的课 题研究，进行了深冷处理前后的点焊电极寿命试验， 研究了深冷处理对镀锌钢板点焊电极寿命的影响； 通过对深冷处理前后的电极微观结构的分析及电极 的一些物理性能参数的测试，探讨了深冷处理提高 镀锌钢板点焊电机寿命的机理。
钢板时，前２００焊点的熔核直径变化不大，３００焊点 后熔核直径产生较大变化。而且很快减小，电极寿命 只有５５０点。用深冷电极点焊的前ｌ ５００点的熔核 直径较稳定，波动较小。一１５０℃保温２ ｈ与保温
缺陷等都会引起电子的散射而使导热系数下降。当 固溶体合金出现有序结构时。由于点阵的周期性增 强，使传导电子的平均自由程增大，因而其导热系数 将比无序时明显增大。此外，由于气体是热的不良 载体，倘若金属周围有气体包围或内部有弥散分布 的孔洞时，材料的导热系数将受其影响而降低。 电极铜合金的ｓＥＭ分析表明，未深冷处理电极 基体中存在较多显微孔洞，这样的组织结构使定向 移动的电子受到剧烈的散射作用，导致材料的导电 性及导热性下降。深冷处理后，材料中的显微孔洞 数量比未处理前大为减少。基体致密程度得到明显 提高，因此改善了电极的导电、导热与抗变形能力； 由于铬、错这两种组元在铜基体中含量很少，电极材 料属于低浓度固溶体，低浓度下固溶体的电阻服从 马提森（Ｍａ曲ｉｓ”ｎ）定则”１，电极铜合金中固溶的 铬、锆经深冷处理从基体中析出降低了基体中溶质 原子的浓度，提高铜基体的纯度，从而降低了溶质元 素产生的附加电阻，改善了电极铜合金的导电、导热 能力”’”。试验证明，金属材料的屈服强度与晶粒 直径平方根的倒数呈线性关系，晶界越多，即晶粒越 细小，则强化作用越强”Ｊ。深冷处理后，铜合金的 晶粒由１５９．７ ｎｍ减小为８２．９ ｎｍ，比未处理前几乎 减小了一倍，所以深冷处理可使电极的强度提高。 深冷处理后ｃｒ、ｚｒ在铜基体上出现了大量弥散分布 的ｃｒ、压颗粒，从而提高合金的抗变形能力。 显然，深冷处理使镀锌钢板点焊电极内部微观 结构发生了一系列变化，改善了电极的热物理性能、 导电性能及力学性能，从而显著提高了镀锌钢板点 焊电极的寿命。
保温后在冷箱中缓慢升至室温。点焊电极材料为 ｃｒ—ｚｒ铜合金，电极形状为锥台形，电极直径为
电极寿命是电极烧损的一个量化评价指标，电极 烧损越慢，电极使用寿命越长，反之电极烧损越快，则 电极使用寿命越短。电极使用寿命是指一对电极在 连续焊接的情况下，修磨一次能够焊出的合格焊点 的个数。合格焊点，在电阻焊的相关标准中有具体规 定。日本的ＬｗＳ—Ｐ７９０３标准中规定，电极的使用寿 命为在连续焊接的情况下，当焊点的强度下降到标 准强度的７０％时对应的焊点个数。由于点焊接头 的强度与熔核的直径近似成正比关系，一般用熔核 直径代替点焊接头强度作为电极寿命的评价标准。 试板材料为热镀锌钢板，厚度Ｏ．８ ｍｍ。试验采
些电极进行了镀锌钢板点焊电极寿命试验并与未深冷处理的电极寿命进行了比较。用
扫描电子显徽镜对深冷处理电极进行了背散射及面扫描分析，用ｘ射线衍射法观测了 深冷处理前后的电极晶粒度，测试了电极在深冷处理前后的电阻率。通过对深玲电极 徽观结构的观测及电极性能的涓试。探讨了深冷处理提高镀锌钢板点焊电极寿命的机 理。研究结果表明，深冷处理提高了镀锌钢板点博电极基体的致密性，改变了合金元素 的分布，细化了电极材料的晶粒，提高了镀锌钢板点焊电极的导电、导热能力及电极抗
飞溅现象较小，焊点表面黄铜色极浅，表明铜锌合金 化倾向小。 ４．２电极显微结构观察结果 对深冷处理前后的电极铜合金试样在扫描电镜 （ｓＥＭ）下进行观察分析，如图３所示。可以看出， 深冷处理前的铜基体致密性较差，存在较多的显微 孔洞，这些孔洞的存在使材料点阵结构的完整性与
的ｓＥＭ背散射观测结果如图３所示，ｓＥＭ面扫描分 析结果如图４、图５所示。 ２．２深冷前后点焊电极Ｘ射线衍射试验 采用ｘ射线法对深冷处理前后点焊电极试样 的金属晶粒大小进行了测量，其结果如图６所示。
深冷处理提高了电极基体致密性。改变了合金 元素分布，提高了电极的导电、导热能力，使电极产 热减少，导热能力加强，避免了铜合金电极与镀锌板 的合金化倾向。深冷处理也细化了电极材料的晶 粒，提高了电极抗压溃变形的能力，使得点焊镀锌钢 板的深冷电极寿命显著提高。 参考文献
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未深冷处理电极和采用不同深冷处理工艺处理 的电极寿命试验曲线如图ｌ所示，点焊电极深冷处 理前后所焊焊点表面状况如图２所示。用未深冷电 极点焊镀锌钢板，始终存在飞溅、粘电极等现象，而 用深冷电极点焊镀锌钢板时，飞溅、粘电极等现象大 大减小，焊点表面质量明显改善。
收稿日期：２００２—０７—１０ 基金项目：国亲自然科学基金资助项目（５０１７５０幻）
用的主要设备有Ｐａｎａｓｏｎｉｃ ＹＲ７００ｃＭ２单相交流固 定式点焊机、ＭｒＹＡｃＨＩ ＭＭ一３２６Ｂ电流测试仪等； 点焊规范参数为焊接电流９．３ ｋＡ，焊接时间８周 波，维持时间７周波，休止时间２０周波，预压时间 ９９周波，电极压力３
于其杂质原子使金属正常的结构发生畸变，引起电 子额外的散射。当溶质和溶剂原子在微观区域分布 不均匀时形成不均匀固溶体，即固溶体中存在原子 的偏聚区域，其成分与固溶体的平均成分不同，或者 固溶体中存在着短程有序区域。这些情况都能强烈 地散射电子，而使不均匀固溶体具有高的电阻值。 热传导过程是材料内部的能量传输过程。固溶 体中溶质（杂质）原子引起的弹性畸变、位错和点阵
材料连续性遭到破坏。深冷处理后材料中的显微孔 洞数量比未深冷处理的明显减少，基体致密程度明 显提高。
由图４、图５发现，处理后试样的铬、锆元紊分 布有明显变化。与深冷前相比，由于深冷处理导致 ｃｒ、ｚｒ在铜中的溶解度急剧减小，过饱和的Ｃｒ、ｚｒ析 出，铜基体上出现了大量弥散分布的ｃｒ、ｚｒ颗粒。 用ｘ射线衍射法，通过测量衍射线宽化的程 度。可以测定晶粒度大小的变化。如表１所示，深冷 处理前平均晶粒大小为１５９．７ ｎｍ，经深冷处理后平 均晶粒大小为８２．９ Ｉｌｌｌｌ，铜晶粒明显细化。显然，深 冷处理可以使材料的均匀性与致密性得到明显改 善，材料的晶粒得到细化，组织的细化可使材料的性 能发生变化。 ４．３电极电阻率测试结果 由表２可以看出，电阻率发生明显变化，随深冷 处理温度降低和保温时间延长，电极的电阻率下降， 导电能力大幅度提高。 ４．４深冷处理提高电极寿命的机理 金属施加外电场后，自由电子获得加速度，便沿 外电场方向发生定向迁移而形成电流。自由电子在 定向迁移过程中，不断与正离子发生碰撞，使电子迁 移受阻，从而产生电阻。若金属中含有少量杂质而 形成固溶体时导电率降低，电阻率增高。原因是由
＾ｖｅｒａｇｅ ｇｒａｉ ｎｓｌ２ｅ ｏｆ １５９．７ １１１．ｃｗｓｔｄｆ８ｃｅ ８２．９ ２６ ６ ２６．６
以认为寿命相同。一１７０℃保温２ ｈ的深冷电极的 点焊过程更为稳定，在ｌ ８００点范围内熔核直径投 有较动，该电极平均寿命达到２２３４点，寿命进 一步提高。此外，用未深冷处理电极点焊镀锌钢板 时，粘电极现象严重，并有飞溅，焊点表面颜色为黄 铜色，而用深冷处理电极点焊镀锌钢板时，焊接过程
