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鍍鋅鋼板電阻點銲之 拉剪破壞模式研究

鍍鋅鋼板電阻點銲之 拉剪破壞模式研究. 指導老師：郭聰源 任課老師：劉雲輝 學生：林非錯 日期： 2012.3.21. 大 綱. 一、前言 二、實驗步驟與方法 三、結果與討論 四、結論. 一、前言 (1/2). 電阻點銲因具有 作業速度快、可大量生產、銲接時不需額外添加銲材、機台設備簡單、操作容易與可搭配機械手臂等優點 ，故在工業上的使用極為受到重視。

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鍍鋅鋼板電阻點銲之 拉剪破壞模式研究

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  1. 鍍鋅鋼板電阻點銲之拉剪破壞模式研究 指導老師：郭聰源 任課老師：劉雲輝 學生：林非錯 日期：2012.3.21

  2. 大 綱 一、前言 二、實驗步驟與方法 三、結果與討論 四、結論

  3. 一、前言(1/2) • 電阻點銲因具有作業速度快、可大量生產、銲接時不需額外添加銲材、機台設備簡單、操作容易與可搭配機械手臂等優點，故在工業上的使用極為受到重視。 • 影響電阻點銲之接合品質的因素有許多，例如預熱電流/時間、銲接電流/時間、電極壓力、保持時間、電極頭形狀/尺寸與銲件表面狀況…等。 • 目前對於鍍鋅鋼板的研究雖然已有基礎，但大多數的學者僅著重於銲接參數對機械性質的影響(拉剪負荷、十字拉伸負荷與微硬度等) ，並且僅針對2～3項的變動參數做深入的研究，如此一來會造成實驗的組別相當多(30～40組以上)，故消耗大量的人力、時間與材料成本。 • Lin等學者利用田口分析法來探討各銲接參數(因子)對銲接品質(品質特性)的影響，結果顯示銲接電流的大小對拉剪負荷的影響最大。

  4. 一、前言(2/2) • 鍍鋅鋼板之鍍鋅層雖然具有優異之耐蝕性，但在電阻點銲時會造成分流效應，導致電流密度降低。 • 至今對於鍍鋅層在電阻點銲時的機制(ex:電極-材料表面鋅含量的變化、銲核內鋅含量的變化、鋅含量對機械性質的影響...等)，尚未有學者做討論與分析。 • 本研究更明確的使用田口法來探討銲核之金相組織、微硬度、破壞模式以及鋅含量在電阻點銲過程中所造成的變化與影響。

  5. 二、實驗步驟與方法(1/3) • 母材：Z12熱浸鍍鋅鋼板(底材為低碳鋼) • 板材厚度：1 mm • 銲接參數： L27(37)田口直交表 施加壓力 上電極 鍍鋅層(26μm) 上板材 銲核 鍍鋅層(26μm) 下板材 下電極 施加壓力 圖1 電阻點銲示意圖

  6. 二、實驗步驟與方法(2/3) 電極壓力(G) 銲接電流(E) 預熱電流(B) 冷卻時間(C) 預熱時間(A) 銲接時間(D) 保持時間(F) Time(cycle) 預熱階段 冷卻階段 銲接階段 圖2 完整銲接過程示意圖 表1 變動參數與其水準之選擇

  7. 表2 L27(37)田口直交實驗設計表 參數代號 試件編號

  8. 二、實驗步驟與方法(3/3) 鍍鋅鋼板之試件剪裁與製作 田口法銲接參數之設定 1.通電時間(預熱階段) 2.電流大小(預熱階段) 3.冷卻時間(預熱階段) 4.通電時間(銲接階段) 5.電流大小(銲接階段) 6.保持時間(銲接階段) 7.電極壓力 鍍鋅鋼板電阻點銲 顯微分析 機械性質試驗 金相分析 EDS成分分析 拉剪試驗 微硬度試驗 破壞模式分析 結果與討論 結論 圖3 實驗流程圖

  9. 三、結果與討論 3-1 金相組織與微硬度分析 3-2 拉剪負荷 3-3 破壞模式 3-4 EDS成份分析

  10. 3-1 金相組織與微硬度分析 肥粒鐵 • 銲核中心之金相特徵可歸納成三種組織，分別為肥粒鐵、變韌鐵與麻田散鐵。 • 肥粒鐵乃因所設計之銲接條件無法提供足夠之熱能而形成，並且硬度略高於母材(150 HV)。 • 變韌鐵由於兩板材接合時並未完全熔融，造成中間仍存在著些許的空間，在整個點銲過程結束仍後具有保溫的作用，使得冷卻速率變得相當緩慢而形成，微硬度約為180～250HV。 • 麻田散鐵是因為點銲過程中兩板材的界面溫度瞬間高達1000℃，所產生之高溫可由試件，微硬度300～350HV之間， 這表示銲核中心確實大部分的材料已變態成麻田散鐵。 試件編號5 變韌鐵 試件編號6 麻田散鐵 試件編號14 圖4 試件編號與銲核之金相組織 (F表示肥粒鐵; B表示變韌鐵; M表示麻田散鐵)

  11. 3-2 拉剪負荷 • 本研究將以拉剪負荷(kN)作為品質因子，並採取望大目標。 5 3 7 6 4 1 2 圖5 望大目標分析各銲接參數對S/N比之回應圖 • 銲接階段之電流大小(E)的影響最大，而冷卻時間(C)的影響則是最小。 • 最佳銲接參數組合為A2-B3-C2-D3-E3-F3-G1

  12. 3-2 拉剪負荷 • 上述已得到參數最佳化之水準組合，但假如採取田口法之建議，使用半因子作為最佳值之預測，如此可避免過度高估最佳值，故使用B3-E3-F3-G1之水準組合進行最佳值預測(7.7 kN)。 • 進行三次的驗證實驗，其預測值與驗證值頗為相似，經過因此可得到最佳銲接參數之水準組合為A2-B3-C2-D1-E3-F3-G1。 表4 半因子預測值與驗證值之比較

  13. 3-3 破壞模式 • 本研究所設計之27組銲接參數中，試件編號2 、 3 、 5 、 6 、 8 、 9 、 11 、12 、 14 、 15、17與18組為界面破壞，試件編號21、24與27組則為銲核旁破壞，其餘的組別接合失敗。 • 當拉剪負荷高於7.3kN時，破壞模式會從界面破壞轉變成銲核旁破壞。 表5 不同銲接參數之拉剪負荷與破壞模式 (a)試件編號14 (b)試件編號27 圖6 拉剪試驗後不同破壞模式

  14. 3-4 EDS成份分析 • 將成功接合的試件分成三個不同區域，並嘗試以SEM的成份分析(Mapping)來量測材料表面與內部的鋅含量，並探討鋅含量對銲核之機械性質的影響。 (a)位置I (b)位置II 圖7 三個不同分析區域與EDS成份分析(Mapping)示意圖 (a)上電極與上板材之接觸面(b)銲核中心(c)下電極與下板材之之接觸面 (c)位置III

  15. 3-4 EDS成份分析 • 位置I與位置II均為電極與板材之接觸面，但鋅含量卻有明顯的差異，可能是因為鍍鋅層太薄在電阻點銲時造成噴濺、汽化等情形。 • 試件編號2、3 、 5與8組在位置II之鋅含量較高，同時亦發現拉剪負荷的降低銲核中心之鋅含量與拉剪負荷成反比。 表6 不同位置之鋅含量比較表(單位:wt%) 圖9SEM之鍍鋅層厚度(5μm)與成份表

  16. 界面種類與破壞模式對照表 圖9 位置II所形成之三種界面

  17. 四、結論(1/2) • 以田口法所設計的27組銲接參數中，雖然只有15組成功接合，但包含理想的銲接參數，可確保優異的銲接品質之再現性。 • 15組成功接合的組別皆有經過預熱階段，故兩段式接合製程有助於提昇鍍鋅鋼板之接合品質。 • 銲核依金相組織可分為肥粒鐵、變韌鐵與麻田散鐵，其所對應之硬度值與拉剪負荷亦隨之改變。

  18. 四、結論(2/2) • 進行拉剪試驗後，破壞模式可分成界面破壞與銲核旁破壞，且拉剪負荷達到7.3 kN時為一臨界值。 • 以拉剪負荷作品質特性的條件下，銲接階段之電流大小為最大的影響因子，而冷卻時間則為最小，所得到之最佳銲接水準組合為A2-B3-C2-D1-E3-F3-G1。 • 試件接合界面因鋅含量的差異可分成厚層界面、薄層界面與無界面等三種形式，且拉剪負荷會隨著界面鋅含量的增加而降低。

  19. Thanks for your attention

  20. 拉剪試件尺寸圖 返回

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