OPTIMIZATION OF RESISTANCE SPOT WELDING PARAMETERS FOR DP1180 STEEL IN AUTOMOTIVE APPLICATIONS

Abstract

This study presents a systematic investigation into the effects of primary process parameters on the mechanical strength of electrical resistance spot welded (RSW) DP1180 advanced high-strength steel sheets, a material of critical importance for automotive lightweighting. Three principal welding parameters—electrode force, welding current, and welding time—were evaluated and optimized using the Taguchi experimental design methodology. An L9 orthogonal array was employed, with three distinct levels designated for each parameter. The tensile-shear strength of the welded specimens was determined, and the corresponding signal-to-noise (S/N) ratios were calculated to identify the optimal parameter settings. A statistical analysis of variance (ANOVA) was conducted to quantify the contribution of each parameter to the joint strength. Results unequivocally identified welding current as the most influential parameter, contributing 64.13% to the variation in tensile-shear strength. Macrostructural analyses corroborated these findings, revealing that specimens with high tensile-shear strength exhibited a large, homogeneous weld nugget. Conversely, low-strength specimens were characterized by smaller nugget diameters and the presence of internal voids at the weld centerline. This work demonstrates the suitability of the RSW process for DP1180 steel by establishing an optimized parameter window, offering a clear pathway toward achieving robust and reliable joint performance in automotive manufacturing.

Keywords

• Electric Resistance Spot Welding
• DP1180 Steel
• Taguchi Method
• Tensile-Shear Strength
• Macrostructure Analysis
• ANOVA
• Optimization

Otomotiv Uygulamalarında DP1180 Çelik için Direnç Nokta Kaynak Parametrelerinin Optimizasyonu

Abstract

Bu çalışma, otomotiv hafifletme için kritik öneme sahip bir malzeme olan elektrik dirençli nokta kaynaklı (RSW) DP1180 ileri yüksek mukammetli çelik levhaların mekanik dayanımına birincil süreç parametrelerinin etkilerini sistematik olarak sunmaktadır. Üç ana kaynak parametresi—elektrot kuvveti, kaynak akımı ve kaynak süresi—Taguchi deneysel tasarım metodolojisi kullanılarak değerlendirildi ve optimize edildi. Her parametre için üç farklı seviye belirlenmiş bir L9 ortogonal dizisi kullanıldı. Kaynaklı örneklerin çekme-kesme dayanımı belirlendi ve ilgili sinyal-gürültü (S/N) oranları optimal parametre ayarlarını belirlemek için hesaplandı. Her parametrin eklem gücüne katkısını nicelendirmek için istatistiksel bir varyans analizi (ANOVA) yapıldı. Sonuçlar, kaynak akımını en etkili parametre olarak kesin olarak belirledi ve çekme-kesme dayanımı değişimine %64,13 katkı sağladı. Makroyapısal analizler bu bulguları doğruladı ve yüksek çekme-kesme dayanıklılığına sahip örneklerin büyük ve homojen bir kaynak parçası sergilediğini ortaya koydu. Buna karşılık, düşük mukavemetli numuneler daha küçük kaynak çekirdek çapları ve kaynak merkez hattında iç boşlukların bulunmasıyla karakterize edildi. Bu çalışma, DP1180 çeliği için RSW sürecinin uygunluğunu optimize edilmiş bir parametre penceresi oluşturarak otomotiv üretiminde sağlam ve güvenilir eklem performansına ulaşmak için net bir yol sunmaktadır. 

Keywords

• Elektrik Direnç Nokta Kaynağı
• DP1180 Çelik
• Taguchi Yöntemi
• Çekme-Kesme Dayanımı
• Makroyapı Analizi
• ANOVA
• Optimizasyon

References

1. Altınpınar, A., Erdem, H., & Telli, M. B. (2024). Galvaniz kaplı çelik sacların nokta direnç kaynağı ile birleştirilmesi ve kaynak bölgesinin incelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 12(5), 1479–1488. https://doi.org/10.29130/dubited.1250495.
2. Aras, S., Ertan, R., & Özgül, H. G. (2018). Investigation of mechanical properties of high strength steel welded by resistance spot welding. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(1), 63–68. https://doi.org/10.5505/pajes.2017.88972.
3. Aydın, H., Tutar, M., Davut, K., & Bayram, A. (2020). Effect of welding current on microstructure and mechanical properties of 15% deformed TWIP steel joined with electrical resistance spot welding. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 35(2), 803–817. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.530292.
4. Biro, E., McDermid, J.R., Embury, J.D. , Zhou, Y.(2010). Softening Kinetics in the Subcritical Heat-Affected Zone of Dual-Phase Steel Welds. Metall Mater Trans A, 41, 2348–2356. https://doi.org/10.1007/s11661-010-0323-2.
5. Chabok, A., Cao, H., van der Aa, E., & Pei, Y. (2022). New insights into the fracture behavior of advanced high strength steel resistance spot welds. Journal of Materials Processing Technology, 301, Article 117433. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117433.
6. Demir, B., Elitaş, M., & Karakuş, H. (2021). Nokta direnç kaynağı ile birleştirilen geliştirilmiş yüksek mukavemetli çeliğin mekanik özellikleri üzerinde elektrod uç tipinin etkisinin incelenmesi. Gazi Journal of Engineering Sciences, 7(3), 277–285. https://doi.org/10.30855/gmbd.2021.03.10.
7. Ertan, R., Aras, S., & Özgül, H. G. (2019). Direnç nokta kaynağı ile birleştirilen yeni nesil çeliklerde kaynak akımının mekanik özelliklere etkisi [The effect of the welding current on the mechanical properties of the new generation]. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19(2), 438-448. https://doi.org/10.35414/akufemubid.549175.
8. Gürsoy Özcan, A., Peşteli, V., & Yöntem, O. (2018). Yüksek mukavemetli çelik sacların kaynaklanabilirliği ve direnç spot kaynağı parametrelerinin Taguchi metoduyla optimizasyonu. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 23(1), 333–350. https://doi.org/10.17482/uumfd.376535.

9. Hejazi, M., Turan, M. K., Turkkan, Y. A., Karpat, F., & Yuce, C. (2026). Effect of laser beam oscillation parameters on weld geometry and mechanical properties of dissimilar dual-phase steel welds. Materials Testing, 68(1), 24–36. https://doi.org/10.1515/mt-2025-0283.
10. Huin, T., Dancette, S., Fabrègue, D., & Dupuy, T. (2016). Investigation of the failure of advanced high strength steels heterogeneous spot welds. Metals, 6(5), Article 111. https://doi.org/10.3390/met6050111.
11. Kekik, M., Aslanlar, S., & Apay, S. (2021). AHSS sacların elektrik direnç nokta kaynağında kaynak parametrelerinin Taguchi yöntemiyle optimizasyonu. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 9(3), 702–711. https://doi.org/10.29130/dubited.837588.
12. Kimchi, M., & Phillips, D. H. (2023). Resistance spot welding: Fundamentals and applications for the automotive industry (2nd ed.). Springer.
13. Kishore, K., Kumar, P., & Mukhopadhyay, G. (2019). Resistance spot weldability of galvannealed and bare DP600 steel. Journal of Materials Processing Technology, 271, 237–248. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.04.005.
14. Livieri, P., & Bortolan, M. (2025). Numerical fatigue analysis of dissimilar lap joints fabricated by dimple spot welding for automotive application. Materials, 18(3), Article 627. https://doi.org/10.3390/ma18030627.
15. Martínez-González, C. J., López-Baltazar, E. A., Alvarado-Hernández, F., Baltazar-Hernández, V. H., Saha, D. C., Biro, E., & Zhou, N. (2022). On the measurability and predictability of HAZ softening in GMAW of automotive DP980 steel. Metals, 12(6), Article 1009. https://doi.org/10.3390/met12061009.
16. Mezher, T. M., Pereira, A., & Trzepieciński, T. (2024). Predicting the effect of RSW parameters on the shear force and nugget diameter of similar and dissimilar joints using machine learning algorithms and multilayer perceptron. Materials, 17(24), Article 6250. https://doi.org/10.3390/ma17246250.
17. Nadimi, N., Yadegari, R., & Pouranvari, M. (2023). Resistance spot welding of quenching and partitioning (Q&P) third-generation advanced high-strength steel: Process–microstructure–performance. Metallurgical and Materials Transactions A, 54(2), 577–589. https://doi.org/10.1007/s11661-022-06903-y.
18. Özen, F., İlhan, E., & Aslanlar, S. (2022). Elektrik direnç nokta kaynak parametrelerinin TWIP / Martenizitik çeliklerin kaynağında porozite oluşumuna etkisi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37(2), 415–428.
19. Perka, A. K., John, M., Kuruveri, U. B., & Menezes, P. L. (2022). Advanced high-strength steels for automotive applications: Arc and laser welding process, properties, and challenges. Metals, 12(6), Article 1051. https://doi.org/10.3390/met12061051.
20. Pouranvari, M., & Marashi, S. P. H. (2011). Failure mode transition in AHSS resistance spot welds. Part I. Controlling factors. Materials Science and Engineering: A, 528(29–30), 8337–8343. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.08.017.
21. Rajalingam, P., Rajakumar, S., Sonar, T., & Kavitha, S. (2024). A comparative study on resistance spot and laser beam spot welding of ultra-high strength steel for automotive applications. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 7(4), 648–661. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2024.04.001.
22. Rao, S. S., Chhibber, R., Arora, K. S., & Shome, M. (2017). Resistance spot welding of galvannealed high strength interstitial free steel. Journal of Materials Processing Technology, 246, 252–261. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.03.027.
23. Shojaee, M., Midawi, A. R. H., Barber, B., Ghassemi-Armaki, H., Worswick, M., & Biro, E. (2021). Mechanical properties and failure behavior of resistance spot welded third-generation advanced high strength steels. Journal of Manufacturing Processes, 65, 364–372. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.03.047.
24. Spena, P. R., De Maddis, M., & Lombardi, F. (2015). Mechanical strength and fracture of resistance spot welded advanced high strength steels. Procedia Engineering, 109, 450–456. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.262.
25. Turan, M. K., Sabirli, M. Ü., Bakirci, A., Kartal, E., & Karpat, F. (2025). A comprehensive study on the effects of printing parameters on the mechanical properties of PLA. Rapid Prototyping Journal, 31(1), 174–183. https://doi.org/10.1108/RPJ-03-2024-0137.
26. Turkkan, Y. A., Aslan, M., Tarkan, A., Aslan, Ö., Yuce, C., & Yavuz, N. (2023). Multi-objective optimization of fiber laser cutting of stainless-steel plates using Taguchi-based grey relational analysis. Metals, 13(1), Article 132. https://doi.org/10.3390/met13010132.
27. Xu, Z., Xiao, A., Jiang, S., Mao, L., Tian, H., Yi, B., & Ling, H. (2023). Effect of plate thickness on mechanical properties and failure behaviors of resistance spot welded advanced high strength steels. Journal of Manufacturing Processes, 95, 392–404. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.04.008.