凸焊是四大车身焊接工艺之一,标准件螺母的凸焊质量直接影响整车装配质量、安全性及舒适性。然而,热成形钢与螺母交流或直流凸焊存在凸焊质量不稳定且力学性能较差的问题。而标准件螺母的铆接工艺在热成形钢上应用受到限制,为保证凸焊质量,须增加去除热成形钢表面涂层的工序或增加CO2保护焊补焊工序。因此,解决热成形钢与标准件螺母凸焊质量不稳定和力学性能差的问题具有重要的意义。电容储能焊具有焊接时间短、电流上升速度快、电流峰值大等优点,常应用于难焊材料和难焊结构的焊接。本文采用电容储能焊工艺研究热成形钢Usibor1500和螺母紧固件凸焊,主要研究内容如下:(1)对比研究了储能凸焊接头和直流凸焊接头的特点,且分析了接头熔核形成机理、接头组织演变及硬度分布。结果显示储能凸焊和直流凸焊的接头均分为母材区、热影响区、熔核区三个部分。直流凸焊接头的熔核显著大于储能凸焊接头的熔核,并形成了多个缩孔缺陷。熔核区形成在热成形钢侧且不对称,且形成熔核的大部分金属液来自热成形钢。显著的组织软化现象发生在热成形钢侧热影响区,而螺母侧影响区则不发生软化。(2)采用单因素控制法,分析了储能凸焊工艺参数焊接电压、电极压力、变压比、焊接电源对凸焊接头属性、接头力学性能及动态电阻的影响规律。研究表明焊接电压450~510 V、电极压力0.30~0.35 MPa、变压比60:1、电容0.03 F时,热成形钢与螺母的凸焊质量较好,凸焊螺母具有较大的顶出力,且凸焊接头内没有残余涂层和较大的缩孔。储能凸焊接头的动态电阻先快速下降,然后趋于平缓,焊接电压越大,平缓阶段的动态电阻曲线越靠下,电极压力越大,下降阶段的动态电阻曲线越靠下。直流凸焊螺母的顶出力显著小于储能凸焊螺母的顶出力。(3)结合有限元模拟分析和实验观察,分析了螺母凸焊接头的断裂模式、断裂机理。研究发现螺母凸焊接头的断裂模式分为界面断裂、拔出断裂、凸点断裂三种基本类型。界面断裂时,凸焊接头外侧发生韧性断裂,形貌为细小的等轴韧窝,接头内侧为脆性断裂,断口形貌为典型的解理面、河流花样。拔出断裂时,裂纹在接头外侧底部产生,然后分别向接头四周和板材厚度方向扩展。拔出断口顶部断口形貌为韧性断裂的拉长韧窝、滑移线、滑移带,底部的断口形貌为脆性断裂的解理面。有限元分析表明拔出裂纹产生与扩展过程与实验结果分析一致。凸点断裂时,裂纹以纯脆性断裂的方式从接头周围尖缝隙开始产生,然后扩展至螺母侧热影响区,其断口形貌为大的解理面和河流花样。(4)探讨了板材强度对螺母储能凸焊质量的影响,结果显示储能凸焊工艺下,随着板材强度增强,凸焊螺母的顶出力可升高。TRIP780钢储能凸焊螺母的顶出力几乎相等,顶出力约为9800 N,而热成形钢凸焊螺母的顶出力要明显高于TRIP780钢凸焊螺母的顶出力,这是因为热成形钢软化区的强度要高于TRIP780钢母材的强度。