DVS 2935-2-2007 Resistance spot welding of sheet metal of low alloyed steels - Cold rolled multiphase steels (AHSS).pdf

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1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Widerstandsschweien“Bezug: Verlag fr Schweien und verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 1591-150File: D:Eigene DateienKundenDVSRi+Me2935Teil 22935-2.fmErstellt am: 13.02.2007Zuletzt

2、gendert am: 20.03.2007NachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDiese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zurBeachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfe

3、n, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltigist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.DVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Inhalt:1 Einfhrung2 Geltungsber

4、eich3 Werkstoffbeschreibung3.1 Dualphasensthle (DP)3.2 Complexphasensthle (CP)3.3 TRIP-Sthle4 Verarbeitungseigenschaften4.1 Schweieinrichtungen4.2 Schweielektroden4.3 Schweibereich / Elektrodenstandmenge4.3.1 Einfluss von Schweieinrichtung und Legierungskonzeptauf den Schweibereich4.4 Verarbeitungsm

5、erkmale4.4.1 Bruchverhalten4.4.2 Lotrissigkeit4.4.3 Poren, Lunker und Lunkerrisse5 Eigenschaften der Schweiverbindung5.1 Aufhrtung5.2 Quasistatische Festigkeit5.3 Festigkeit unter zyklischer Beanspruchung6 Allgemeine Hinweise7 Abkrzungsverzeichnis8 Schrifttum9 Anhang1 EinfhrungMehrphasensthle (AHSS)

6、 gelten als die konsequente Weiter-entwicklung von kaltgewalzten Feinblechen aus niedriglegierten,hherfesten Sthlen. Sie werden vor allem in der Automobil-industrie mit dem fortwhrenden Ziel einer weiteren Gewichtsre-duzierung bei gleichzeitiger Erhhung der passiven Sicherheiteingesetzt.Das Merkblat

7、t hat die Aufgabe, den Anwender ber die Punkt-schweieignung (Prozess ISO 4063: 21) dieser Sthle und dieEigenschaften der Punktschweiverbindungen zu informierensowie Richtwerte und Verfahrenshinweise fr das Durchfhrender Schweiungen zu geben.2 GeltungsbereichDieses Merkblatt gilt fr das Punktschweien

8、 von kaltgewalztemBand und Blech bis 3 mm Dicke aus Mehrphasenstahl nachprEN 10336 und prEN 10338. Hierzu gehren Dualphasensthle(DP), TRIP-Sthle und Complexphasensthle (CP). This document applies to resistance spot welding of cold rolledstrip and sheet up to 3 mm thickness of multiphase steel accor-

9、ding to prEN 10336 and prEN 10338 including dualphase steels(DP), TRIP steels and complex-phase steels (CP).3 WerkstoffbeschreibungMehrphasensthle weisen mehrere Gefgebestandteile auf. DieKombination unterschiedlicher Phasenanteile von Ferrit, Marten-sit, angelassenem Martensit, Bainit und Restauste

10、nit ergibt einvielfltiges Eigenschaftsspektrum. Auf Grund verschiedener Her-stellprozesse (Kontiglhe, Feuerverzinkung) und Anlagenkonfi-gurationen (Ofen, Khlraten) bei der Stahlherstellung sind zurDarstellung von Mehrphasensthlen unterschiedliche Legie-rungskonzepte erforderlich. Dementsprechend ist

11、 z. B. bei Dual-phasensthlen mit unterschiedlichen Gehalten der notwendigenLegierungselemente C, Mn, Mo, Cr und Al zu rechnen. Bei TRIP-Sthlen sind neben C und Mn im Wesentlichen die Gehalte derLegierungselemente Al und Si entscheidend 1 . 3.Bild 1. bersicht ber hherfeste Stahlgten.3.1 Dualphasensth

12、le (DP)Dualphasensthle besitzen ein zweiphasiges Gefge aus einerweichen ferritischen Matrix mit eingelagertem Martensit (Bild 2).In Abhngigkeit vom Herstellprozess knnen daneben auch Bai-nit und geringe Mengen Restaustenit vorkommen. Die Festigkeitwird im Wesentlichen ber die Menge des Martensits ei

13、ngestellt.Dualphasensthle weisen ein niedriges Streckgrenzenverhltnis(Rp0,2/Rm 0,60), hohe Verfestigung sowie hohe Gleichma-und Bruchdehnung auf (Bild 3). DP-Sthle werden daher vor al-lem in komplexen Struktur- und Verstrkungsteilen eingesetzt,weisen aber auch Potential fr Auenhautanwendungen auf.Bi

14、ld 2. Schematische Gefgedarstellung eines Dualphasenstahls.Mai 2007MerkblattDVS 2935-2Widerstandspunktschweien vonFeinblechen aus niedrig legierten Sthlen Kaltgewalzte Mehrphasensthle (AHSS)Resistance spot welding of sheet metal of low alloyed steels cold rolled multiphase steels (AHSS)B974908A824A6

15、748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2935-2Bild 3. Typische mechanisch-technologische Eigenschaften von DP-Sthlen.Die chemischen Zusammensetzungen nach prEN 10336 sind inTabelle 1 angegeben, Tabelle

16、 2 informiert ber die mechanischtechnologischen Kennwerte nach prEN 10336.3.2 Complexphasensthle (CP)Complexphasensthle sind ebenfalls Sthle, die nach dem Mehr-phasenprinzip aufgebaut sind. CP-Sthle besitzen einen komple-xen Gefgeaufbau aus Ferrit, Bainit, Martensit und angelasse-nem Martensit, ber

17、deren Anteile und Zusammensetzung ihreFestigkeit eingestellt wird. Bei CP-Sthlen dominieren im Gegen-satz zu DP-Sthlen die harten Phasen Martensit, angelassenerMartensit und Bainit (Bild 4). Die Folge ist eine deutlich hhereStreckgrenze und somit ein erhhtes Streckgrenzenverhltnis(Rp0,2/Rm 0,75) bei

18、 gleichzeitig niedrigeren Gleichma- undBruchdehnungen. Eine weitere Festigkeitssteigerung kann durchMikrolegierung erzielt werden. Bild 5 verdeutlicht die mecha-nisch-technologischen Eigenschaften von CP-Sthlen.Bild 4. Schematische Gefgedarstellung eines Complexphasenstahls.Bild 5. Typische mechanis

19、ch-technologische Eigenschaften von CP-Sthlen.Der beschriebene Gefgeaufbau mit seiner homogenen Festig-keitsverteilung ergibt eine gleichmige Verteilung der lokalenDehnungen, was bei Umformvorgngen mit lokal stark unter-schiedlichen Deformationen, z. B. Biegevorgnge, vorteilhaft ist(Bild 6).Bild 6.

20、Minimaler Biegeradius ber Zugfestigkeit von DP und CP-Sth-len. Die mechanischen Eigenschaften (Bild 5), besonders die hoheStreckgrenze, bieten den CP-Sthlen Anwendung in Bereichen,bei denen hohe Festigkeit erforderlich ist, die jedoch nur geringeUmformungen erfahren. Typische Einsatzgebiete sind z.

21、B. Ver-strkungsteile im Strukturbereich.Die chemischen Zusammensetzungen nach prEN 10336 sind inTabelle 1 angegeben, Tabelle 2 informiert ber die mechanischtechnologischen Kennwerte nach prEN 10336.3.3 TRIP-SthleTRIP-Sthle (Transformation Induced Plasticity) sind durch eineferritisch-bainitische Mat

22、rix mit eingelagertem Restaustenit ge-kennzeichnet (Bild 7). ber verformungsinduzierte Umwandlungdes Restaustenits zu Martensit (TRIP-Effekt) werden in Bezugauf die hohe Festigkeit beste Umformeigenschaften erreicht. Indiesem Umformverhalten sowie im hohen Verfestigungsverm-gen auch bei groer Formnd

23、erung ist der Grund fr den Einsatzvon TRIP-Sthlen in crashrelevanten Struktur- und komplexerenBauteilen zu finden, deren Darstellung mit DP- oder CP-Sthlennicht mglich ist. TRIP-Sthle weisen ein gegenber DP-Sthlenleicht erhhtes Streckgrenzenverhltnis auf (Rp0,2/Rm0,68),sind aber gleichzeitig durch e

24、ine hhere Gleichmadehnung ge-kennzeichnet. Die mechanischen Eigenschaften sind in Bild 8dargestellt. Bild 7. Schematische Gefgedarstellung eines TRIP-Stahls.Bild 8. Typische mechanisch-technologische Eigenschaften von TRIP-Sthlen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F

25、0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 2935-2Die chemischen Zusammensetzungen nach prEN 10336 sind inTabelle 1 angegeben, Tabelle 2 informiert ber die mechanischtechnologischen Kennwerte nach prEN 10336.Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung (Schmelzanalyse)

26、nach prEN 10336.Tabelle 2. Mechanische Eigenschaften nach prEN 10336.4 Verarbeitungseigenschaften4.1 SchweieinrichtungenZum Punktschweien von Feinblechen aus niedriglegierten, kalt-gewalzten Mehrphasensthlen knnen die gleichen Schweiein-richtungen wie zum Schweien von weichen Tiefziehsthlen ver-wend

27、et werden. Es muss jedoch bercksichtigt werden, dass wiebeim Punktschweien mikrolegierter Sthle (DVS 2935-1) beigleicher Blechdicke in der Regel hhere Elektrodenkrfte erfor-derlich sind.4.2 SchweielektrodenEs werden die gleichen Schweielektroden wie bei weichen Tief-ziehsthlen empfohlen. Angaben ber

28、 Werkstoffe und Geome-trien der Elektroden sind in DIN ISO 5182 und DIN ISO 5821 ent-halten. Darber hinaus sind weitere Hinweise im Merkblatt DVS2903 aufgefhrt.Stahlbezeichnung Massenanteile in %Kurzname aSymbole fr die Art der verfgbaren berzgeCmax.Simax.Mnmax.Pmax.Smax.AlgesamtCr+Momax.Nb+Timax.Vm

29、ax.Bmax.DP-SthleHCT450X +Z, +ZF, +ZE, +ZN 0,14 0,80 2,00 0,080 0,015 2,00 1,00 0,15 0,20 0,005HCT500XHCT600X 0,17 2,20HCT780X 0,18 2,50HCT980X 0,23TRIP-SthleHCT690T +Z, +ZF, +ZE, +ZN 0,32 2,20 2,50 0,12 0,015 2,00 0,60 0,20 0,20 0,005HCT780TCP-SthleHCT600C +Z, +ZF, +ZE, +ZN 0,18 0,80 2,20 0,080 0,01

30、5 2,00 1,00 0,15 0,20 0,005HCT780CHCT980C 0,23 1,20 0,22a H Flacherzeugnisse hoher Festigkeit zum Kaltumformen, C kalt gewalzte Erzeugnisse, T(n)nnn Mindestzugfestigkeit Rm(aufgerundet) in MPa. Letztes Symbol des Kurznamens: X Dualphasenstahl; T TRIP-Stahl; C Complexphasenstahl Stahl-bezeichnungKurz

31、nameDehngrenzeRp0,2MPaZugfestigkeitRmMPamin.BruchdehnungA80 a%min.Verfestigungs-exponent 10-UE min.Bake-Harde-ning-IndexBH2 MPa min.DP-SthleHCT450X 260 bis 340 450 27 0,16 30HCT500X 300 bis 380 500 23 0,15 30HCT600X 340 bis 420 600 20 0,14 30HCT780X 450 bis 560 780 14 - 30HCT980X 600 bis 750 980 10

32、- 30TRIP-SthleHCT690T 430 bis 550 690 23 0,18 40HCT780T 470 bis 600 780 21 0,16 40CP-SthleHCT600C 350 bis 500 600 16 - 30HCT780C 500 bis 700 780 10 - 30HCT980C 700 bis 900 980 7 - 30a Bei Erzeugnisdicken 0,7 mm und Zink-Eisen- oder Zink-Nickel- berzgen kann sich die Mindestbruchdehnung um 2% vermind

33、ern.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 2935-24.3 Schweibereich / ElektrodenstandmengeDer Schweibereich ist definiert als der Strombereich zwischeneinem Minimalstrom, bei dem ein defin

34、ierter Mindestpunkt- bzw.-linsendurchmesser erreicht wird, und dem Maximalstrom, beidem gerade noch kein Spritzen (Materialaustritt zwischen denBlechen) auftritt. Fr das Widerstandspunktschweien von nied-riglegierten, kaltgewalzten Mehrphasensthlen verschiebt sichder Schweibereich im Vergleich zu we

35、ichen Tiefziehsthlen zuniedrigeren Strmen (Bild 9). Verursacht wird dieses Verhalten durch die genderte chemischeZusammensetzung und Mikrostruktur. Schweibereichsbreitenvon 1,2 kA knnen bei Mehrphasensthlen durch eine Erh-hung der Elektrodenkraft und/oder Stromzeit erreicht werden.Wie bei anderen St

36、ahlfeinblechgten verringern metallischeberzge (ZE, Z) auch bei Mehrphasensthlen die Schweibe-reichsbreite gegenber Blechen mit blanker Oberflche um ca.30% (Bild 10). Die dargestellten Versuchsergebnisse sind in An-lehnung an EN ISO 14327 und ergnzend unter Einhaltung einervereinheitlichten Vorgehens

37、weise bei der Prfung ermittelt wor-den (Anhang 1). Fr die Ermittlung der Punktdurchmesser wirddas fr die Prfstelle bliche Verfahren (z. B. Meielprobe, Ab-rollprfung) angewandt.Beim Widerstandspunktschweien von Mehrphasensthlen (AHSS)werden in Abhngigkeit von der jeweiligen Oberflchenverede-lung verg

38、leichbare Elektrodenstandmengen wie bei Tiefziehsth-len oder mikrolegierten Sthlen erreicht (Bild 10). Der Einfluss ei-ner Oberflchenveredelung kann dem Merkblatt DVS 2920 ent-nommen werden. Unter der Elektrodenstandmenge versteht man die Anzahl Wi-derstandspunktschweiungen mit einem Elektrodenpaar,

39、 die beikonstantem Schweistrom und konstanter Schweikraft bis zurUnterschreitung des Mindestpunktdurchmessers 4* erreichtwerden knnen. Die Bestimmung der Elektrodenstandmenge er-folgte in Anlehnung an DIN EN ISO 8166 und ergnzend unterEinhaltung einer vereinheitlichten Prfvorgehensweise (Anhang 2).t

40、Bild 9. Einfluss der Stahlgte auf die Schwei-bereichslage(Mindestpunktdurchmesser: 4 x ).tBild 10. Einfluss der Stahlgte auf die Schwei-bereichslage und die Elektrodenstand-menge(Mindestpunktdurchmesser: 4 x ).tB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1

41、929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 5 zu DVS 2935-24.3.1 Einfluss von Schweieinrichtung und Legierungskon-zept auf den SchweibereichUntersuchungen unterschiedlicher Legierungskonzepte, die aufGrund der jeweiligen Herstellrouten und Anlagenkonfigurationenbei den Stahlherstellern erf

42、orderlich sind, ergaben, dass kein sig-nifikanter Einfluss der unterschiedlichen Legierungskonzepte aufdie Lage und Breite der Schweibereiche vorliegt. Hingegen sindEinflsse der Schweianlagen bezglich der verwendetenStromform und Steuerungsart am Beispiel eines HCT600X sowieeines HCT690T als artglei

43、che Schweiverbindung, wie auch alsMischverbindung (HX260YD / HCT690T) deutlich erkennbar (Bil-der 11 bis13).Bild 11. Schweibereiche von Dualphasensthlen(HCT600X+Z) mit unterschiedlichen chemi-schen Zusammensetzungen im Vergleich,*PHA: Phasenanschnittsteuerung; KSR: Kon-stantstromregelung.Bild 12. Sc

44、hweibereiche von TRIP-Sthlen(HCT690T+Z) mit unterschiedlichen chemi-schen Zusammensetzungen im Vergleich,*PHA: Phasenanschnittsteuerung; KSR: Kon-stantstromregelungBild 13. Schweibereiche von Mischverbindungen:TRIP-Sthle (HCT690T+Z) unterschiedlichenchemischen Zusammensetzungen mit mikro-legiertem S

45、tahl (HX260YD+Z). *PHA: Phasen-anschnittsteuerung; KSR: Konstantstromrege-lungB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 6 zu DVS 2935-24.4 Verarbeitungsmerkmale4.4.1 BruchverhaltenWie bereits erwhnt,

46、 sind bei den Mehrphasensthlen im Ver-gleich zu konventionellen, hherfesten Sthlen fr die Einstellungdes jeweiligen Eigenschaftsprofils neben einer dem Herstellpro-zess entsprechenden Wrmebehandlung erhhte Kohlenstoffge-halte bzw. weitere festigkeitssteigernde Legierungselemente not-wendig. Diese fh

47、ren in Kombination mit der schnellen Abkh-lung beim Widerstandspunktschweien zu hohen Hrten inSchweilinse und Wrmeeinflusszone. Darber hinaus kann esin Abhngigkeit von den Legierungsbestandteilen innerhalb glei-cher Stahlgten zu Unterschieden im Bruchverhalten kommen.Auf Grund der Kombination von Er

48、starrungsgefge und Aufhr-tung in Verbindung mit einer geometriebedingten Kerbwirkung inder Fgeebene der Schweipunkte kann es bevorzugt bei Kopf-zugbeanspruchungen (Meiel, Abrollen, Kopfzugversuch) ver-mehrt zu Misch- bzw. Scherbrchen kommen (Bild 14).Bild 14. Brucharten bei der zerstrenden Prfung vo

49、n Widerstandspunkt-schweiungen.Diese Brucharten sind bereits in der DIN EN ISO 14329 hinrei-chend beschrieben. Sie sind kein alleiniges Qualittskriterium, daauch Punktschweiverbindungen mit Misch- und Scherbrchenhinreichende statische Festigkeiten erreichen knnen. 4.4.2 LotrissigkeitBeim Widerstandspunktschweien verzinkter Mehrp