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國(guó)外電阻焊技術(shù)的進(jìn)展（二）
2.2 高強(qiáng)鋼的電阻點(diǎn)焊研究
*高強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)度高、成型性能好、高烘烤硬化性能、能量吸收率和疲勞強(qiáng)度較高，而且防撞凹性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而在汽車輕量化建設(shè)中它的應(yīng)用量正在日益增長(zhǎng)，高強(qiáng)鋼的電阻焊可焊性的研究也應(yīng)運(yùn)而生。目前各國(guó)焊接學(xué)家對(duì)高強(qiáng)鋼電阻焊的研究主要集中在各種高強(qiáng)鋼的可焊性、焊接規(guī)范參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)組織性能的影響、焊接程序和工藝的優(yōu)化等。例如：英國(guó)TWI材料連接技術(shù)中心的Shi,G等學(xué)者研究了高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊程序的修正以及母材強(qiáng)度和焊接淬火對(duì)焊點(diǎn)性能的影響[20]；日本學(xué)者Otani,Tadayuki等對(duì)超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊特性作了系統(tǒng)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：這種由于高強(qiáng)鋼在高溫下的電阻率和強(qiáng)度與低碳鋼不同，其點(diǎn)焊時(shí)得到同樣大小的熔核尺寸需要的焊接電流比低碳鋼板更大[21]，同時(shí)，這種鋼板的碳當(dāng)量很低，雖然焊后熔核的主要組織是馬氏體，但由于低碳成分限制了熔核硬化，因此這種材料的點(diǎn)焊接頭不經(jīng)過回火就能得到高的拉剪強(qiáng)度和垂直拉伸強(qiáng)度[22]；法國(guó)學(xué)者M(jìn)imer，M通過試驗(yàn)研究提出了通過焊后回火工藝來改進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼的電阻點(diǎn)焊性能的方法[23]；日本學(xué)者Sakuma,Yasuharu還對(duì)高強(qiáng)鍍鋅鋼板的點(diǎn)焊可焊性進(jìn)行了研究[24]。
2.3 鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊研究
為了提高產(chǎn)品的耐腐蝕性能，在汽車、家電等行業(yè)越來越廣泛地使用各種類型的鍍鋅鋼板，根據(jù)鍍鋅工藝、鍍鋅成分等不同，鍍鋅鋼板分為：電鍍鋅板、熱鍍鋅板、Zn-Ni合金鍍層板、Zn-Fe合金鍍層板等。由于鍍層金屬的物理性能與導(dǎo)電性能不同于低碳鋼，所以鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊性能與未鍍鋅的同種鋼板有較大的不同，且從其使用性能考慮，對(duì)接頭質(zhì)量要求更高，即點(diǎn)焊時(shí)既要保證產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的接頭，還應(yīng)合理地保護(hù)鍍層。
由于鍍鋅鋼板在其點(diǎn)焊焊接性上存在一定的難點(diǎn)，這些年來各國(guó)焊接工作者就鍍鋅鋼板的焊接性方面圍繞著焊接工藝規(guī)范、焊接過程的數(shù)值模擬、電極壽命等問題作了大量的研究工作。
目前，上對(duì)鍍鋅鋼板的焊接工藝研究基本成熟，進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)主要集中在如何提高鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極壽命，例如采用彌散強(qiáng)化銅合金[25]或通過對(duì)電極的低溫處理等措施提高電極的使用壽命[26]。
3 電阻焊質(zhì)量監(jiān)控方法研究
由于電阻焊工藝運(yùn)用的廣泛性、重要性和具有代表性，保證焊接質(zhì)量已成為電阻焊研究的主要目標(biāo)，點(diǎn)焊質(zhì)量控制始終是國(guó)內(nèi)外焊接界學(xué)者致力研究的重要課題之一。例如：日本焊接協(xié)會(huì)專門成立了點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控及檢測(cè)研究小組[27]，美國(guó)也為解決汽車工業(yè)中的電阻點(diǎn)焊開展了2mm研究工程[28]。目前，焊接工藝控制工程師面臨的一個(gè)主要問題是探索出一種可靠、低成本、非破壞性的技術(shù)，用以區(qū)分焊點(diǎn)的質(zhì)量和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)焊點(diǎn)強(qiáng)度。
近年來，電阻焊的質(zhì)量監(jiān)控方面的研究一直保持上升趨勢(shì)，而且其手段和方法日趨*，主要集中在以下幾方面
3.1 點(diǎn)焊焊過程直接變量的實(shí)時(shí)監(jiān)控
美國(guó)密西根大學(xué)的Cho,Y用高速數(shù)字?jǐn)z象機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熔核形成過程，研究電阻點(diǎn)焊熔核形成機(jī)理以及它對(duì)焊接過程參數(shù)的影響[29]。
3.2 點(diǎn)焊過程間接電參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)
美國(guó)學(xué)者M(jìn)atsuyama,K提出了一種基于能量平衡積分形式的新的監(jiān)控運(yùn)算法則，該系統(tǒng)通過獲取焊接電壓、電流和總板厚，計(jì)算焊接時(shí)的平均溫度，從而預(yù)測(cè)焊點(diǎn)直徑和飛濺情況，是一種低成本的點(diǎn)焊實(shí)時(shí)監(jiān)控方法[30]； Jou,Min等學(xué)者探索了通過改變輸出信號(hào)的控制參數(shù)，保證焊點(diǎn)強(qiáng)度和質(zhì)量的監(jiān)控方法[31]，其研究方法是創(chuàng)建一個(gè)與焊點(diǎn)質(zhì)量有關(guān)的過程輸出與過程輸入變量間的關(guān)系，且輸入?yún)⒘窟x擇直接影響焊點(diǎn)尺寸和強(qiáng)度的熱輸入百分比，輸出選擇電極位移，它能反映熔核的生長(zhǎng)和變形，這種監(jiān)控方法在汽車鋼板點(diǎn)焊中得到應(yīng)用。
近年中有不少學(xué)者從事了用動(dòng)態(tài)電阻法監(jiān)控焊點(diǎn)質(zhì)量的研究，例如美國(guó)Fanuc Robotics公司的學(xué)者Garza, Frank等通過對(duì)動(dòng)態(tài)電阻的預(yù)測(cè)、分析和分類，并在實(shí)際中應(yīng)用證明這種方法對(duì)于檢測(cè)不良焊點(diǎn)是有效的[32]；中國(guó)學(xué)者Wang,S.C.等在研究中，動(dòng)態(tài)電阻通過焊接區(qū)的溫度總量獲得[33]，此溫度與焊接區(qū)工件電阻、工件與電極、工件與工件間的電阻有關(guān)，測(cè)得的動(dòng)態(tài)電阻曲線可以分為四個(gè)階段：1）隨著接觸電阻的下降而迅速下降；2）主要取決于工件的體積電阻的增大，動(dòng)態(tài)電阻也相應(yīng)增加；3）工件體積電阻增大，但接觸電阻減小，從而動(dòng)態(tài)電阻也增加；4）由于接觸表面的熔核形成使動(dòng)態(tài)電阻變小。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焊接熔核在第三、第四階段形成；美國(guó)密西根大學(xué)的Cho,Y采用通過測(cè)量初級(jí)回路的瞬時(shí)電流和電壓[34]，用回歸分析確定這些因素與焊接質(zhì)量間的關(guān)系，克服了傳統(tǒng)的測(cè)二次回路動(dòng)態(tài)電阻方法在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中存在的問題。
3.3 點(diǎn)焊焊過程間接力參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控
華沙大學(xué)的Senkara,J建立了點(diǎn)焊接頭的飛濺預(yù)測(cè)模型，此模型是基于焊接中的力學(xué)和冶金過程的互相作用考慮的。用模型計(jì)算出點(diǎn)焊時(shí)的電極力和液態(tài)熔核力，當(dāng)后者大于前者時(shí)發(fā)生飛濺，并對(duì)該模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，效果很好，該模型可以用來指導(dǎo)電極壓力的選擇[35]；美國(guó)學(xué)者Tang,H研究了焊機(jī)的機(jī)械特性對(duì)電阻點(diǎn)焊工藝及焊點(diǎn)質(zhì)量的影響，研究表面[36]：焊機(jī)的剛性和摩擦對(duì)焊接過程和焊點(diǎn)質(zhì)量有較大影響，而運(yùn)動(dòng)慣量對(duì)焊接過程及焊點(diǎn)質(zhì)量不產(chǎn)生大的影響；丹麥學(xué)者Wu,Pei認(rèn)為[37]：電阻焊機(jī)機(jī)械動(dòng)態(tài)反映對(duì)焊接質(zhì)量及電極壽命有很大的影響，因此在焊接生產(chǎn)及模擬時(shí)必須考慮，由于焊機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，模擬方程中的一些相關(guān)系數(shù)很難得到，該學(xué)者通過試驗(yàn)及MATLAB計(jì)算求得了這些參數(shù)。
3.4 焊點(diǎn)質(zhì)量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)
美國(guó)密西根大學(xué)的Cho,Yongjoon等學(xué)者，在用動(dòng)態(tài)電阻法評(píng)估點(diǎn)焊質(zhì)量的系統(tǒng)中，結(jié)合Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，其結(jié)果與實(shí)焊試樣得到的拉剪強(qiáng)度有很好的一致性[38]；Podrzaj, Primoz等學(xué)者采用LVQ（A linear vector quantization）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法檢測(cè)不同材料的點(diǎn)焊飛濺[39]，結(jié)果表明：電極力信號(hào)是飛濺產(chǎn)生的zui重要的標(biāo)志。
*高強(qiáng)度鋼具有強(qiáng)度高、成型性能好、高烘烤硬化性能、能量吸收率和疲勞強(qiáng)度較高，而且防撞凹性能好等優(yōu)點(diǎn)，因而在汽車輕量化建設(shè)中它的應(yīng)用量正在日益增長(zhǎng)，高強(qiáng)鋼的電阻焊可焊性的研究也應(yīng)運(yùn)而生。目前各國(guó)焊接學(xué)家對(duì)高強(qiáng)鋼電阻焊的研究主要集中在各種高強(qiáng)鋼的可焊性、焊接規(guī)范參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)組織性能的影響、焊接程序和工藝的優(yōu)化等。例如：英國(guó)TWI材料連接技術(shù)中心的Shi,G等學(xué)者研究了高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊程序的修正以及母材強(qiáng)度和焊接淬火對(duì)焊點(diǎn)性能的影響[20]；日本學(xué)者Otani,Tadayuki等對(duì)超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊特性作了系統(tǒng)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：這種由于高強(qiáng)鋼在高溫下的電阻率和強(qiáng)度與低碳鋼不同，其點(diǎn)焊時(shí)得到同樣大小的熔核尺寸需要的焊接電流比低碳鋼板更大[21]，同時(shí)，這種鋼板的碳當(dāng)量很低，雖然焊后熔核的主要組織是馬氏體，但由于低碳成分限制了熔核硬化，因此這種材料的點(diǎn)焊接頭不經(jīng)過回火就能得到高的拉剪強(qiáng)度和垂直拉伸強(qiáng)度[22]；法國(guó)學(xué)者M(jìn)imer，M通過試驗(yàn)研究提出了通過焊后回火工藝來改進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼的電阻點(diǎn)焊性能的方法[23]；日本學(xué)者Sakuma,Yasuharu還對(duì)高強(qiáng)鍍鋅鋼板的點(diǎn)焊可焊性進(jìn)行了研究[24]。
2.3 鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊研究
為了提高產(chǎn)品的耐腐蝕性能，在汽車、家電等行業(yè)越來越廣泛地使用各種類型的鍍鋅鋼板，根據(jù)鍍鋅工藝、鍍鋅成分等不同，鍍鋅鋼板分為：電鍍鋅板、熱鍍鋅板、Zn-Ni合金鍍層板、Zn-Fe合金鍍層板等。由于鍍層金屬的物理性能與導(dǎo)電性能不同于低碳鋼，所以鍍鋅鋼板的電阻點(diǎn)焊性能與未鍍鋅的同種鋼板有較大的不同，且從其使用性能考慮，對(duì)接頭質(zhì)量要求更高，即點(diǎn)焊時(shí)既要保證產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的接頭，還應(yīng)合理地保護(hù)鍍層。
由于鍍鋅鋼板在其點(diǎn)焊焊接性上存在一定的難點(diǎn)，這些年來各國(guó)焊接工作者就鍍鋅鋼板的焊接性方面圍繞著焊接工藝規(guī)范、焊接過程的數(shù)值模擬、電極壽命等問題作了大量的研究工作。
目前，上對(duì)鍍鋅鋼板的焊接工藝研究基本成熟，進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)主要集中在如何提高鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極壽命，例如采用彌散強(qiáng)化銅合金[25]或通過對(duì)電極的低溫處理等措施提高電極的使用壽命[26]。
3 電阻焊質(zhì)量監(jiān)控方法研究
由于電阻焊工藝運(yùn)用的廣泛性、重要性和具有代表性，保證焊接質(zhì)量已成為電阻焊研究的主要目標(biāo)，點(diǎn)焊質(zhì)量控制始終是國(guó)內(nèi)外焊接界學(xué)者致力研究的重要課題之一。例如：日本焊接協(xié)會(huì)專門成立了點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控及檢測(cè)研究小組[27]，美國(guó)也為解決汽車工業(yè)中的電阻點(diǎn)焊開展了2mm研究工程[28]。目前，焊接工藝控制工程師面臨的一個(gè)主要問題是探索出一種可靠、低成本、非破壞性的技術(shù)，用以區(qū)分焊點(diǎn)的質(zhì)量和實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)焊點(diǎn)強(qiáng)度。
近年來，電阻焊的質(zhì)量監(jiān)控方面的研究一直保持上升趨勢(shì)，而且其手段和方法日趨*，主要集中在以下幾方面
3.1 點(diǎn)焊焊過程直接變量的實(shí)時(shí)監(jiān)控
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3.2 點(diǎn)焊過程間接電參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)
美國(guó)學(xué)者M(jìn)atsuyama,K提出了一種基于能量平衡積分形式的新的監(jiān)控運(yùn)算法則，該系統(tǒng)通過獲取焊接電壓、電流和總板厚，計(jì)算焊接時(shí)的平均溫度，從而預(yù)測(cè)焊點(diǎn)直徑和飛濺情況，是一種低成本的點(diǎn)焊實(shí)時(shí)監(jiān)控方法[30]； Jou,Min等學(xué)者探索了通過改變輸出信號(hào)的控制參數(shù)，保證焊點(diǎn)強(qiáng)度和質(zhì)量的監(jiān)控方法[31]，其研究方法是創(chuàng)建一個(gè)與焊點(diǎn)質(zhì)量有關(guān)的過程輸出與過程輸入變量間的關(guān)系，且輸入?yún)⒘窟x擇直接影響焊點(diǎn)尺寸和強(qiáng)度的熱輸入百分比，輸出選擇電極位移，它能反映熔核的生長(zhǎng)和變形，這種監(jiān)控方法在汽車鋼板點(diǎn)焊中得到應(yīng)用。
近年中有不少學(xué)者從事了用動(dòng)態(tài)電阻法監(jiān)控焊點(diǎn)質(zhì)量的研究，例如美國(guó)Fanuc Robotics公司的學(xué)者Garza, Frank等通過對(duì)動(dòng)態(tài)電阻的預(yù)測(cè)、分析和分類，并在實(shí)際中應(yīng)用證明這種方法對(duì)于檢測(cè)不良焊點(diǎn)是有效的[32]；中國(guó)學(xué)者Wang,S.C.等在研究中，動(dòng)態(tài)電阻通過焊接區(qū)的溫度總量獲得[33]，此溫度與焊接區(qū)工件電阻、工件與電極、工件與工件間的電阻有關(guān)，測(cè)得的動(dòng)態(tài)電阻曲線可以分為四個(gè)階段：1）隨著接觸電阻的下降而迅速下降；2）主要取決于工件的體積電阻的增大，動(dòng)態(tài)電阻也相應(yīng)增加；3）工件體積電阻增大，但接觸電阻減小，從而動(dòng)態(tài)電阻也增加；4）由于接觸表面的熔核形成使動(dòng)態(tài)電阻變小。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焊接熔核在第三、第四階段形成；美國(guó)密西根大學(xué)的Cho,Y采用通過測(cè)量初級(jí)回路的瞬時(shí)電流和電壓[34]，用回歸分析確定這些因素與焊接質(zhì)量間的關(guān)系，克服了傳統(tǒng)的測(cè)二次回路動(dòng)態(tài)電阻方法在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中存在的問題。
3.3 點(diǎn)焊焊過程間接力參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控
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3.4 焊點(diǎn)質(zhì)量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)
美國(guó)密西根大學(xué)的Cho,Yongjoon等學(xué)者，在用動(dòng)態(tài)電阻法評(píng)估點(diǎn)焊質(zhì)量的系統(tǒng)中，結(jié)合Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，其結(jié)果與實(shí)焊試樣得到的拉剪強(qiáng)度有很好的一致性[38]；Podrzaj, Primoz等學(xué)者采用LVQ（A linear vector quantization）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法檢測(cè)不同材料的點(diǎn)焊飛濺[39]，結(jié)果表明：電極力信號(hào)是飛濺產(chǎn)生的zui重要的標(biāo)志。
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