鍍層對(duì)高強(qiáng)鋼光纖激光焊接過(guò)程及接頭性能的影響研究.pdf

1、汽車(chē)輕量化是能源緊缺的大環(huán)境下節(jié)能減排的必然趨勢(shì)，為了滿(mǎn)足輕量化的需求，研究者和鋼板制造廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)出了更高強(qiáng)度級(jí)別的汽車(chē)用鋼；另一方面，為了滿(mǎn)足防腐的需求，在鋼板表面一般都進(jìn)行了涂敷處理，如鍍鋅和鍍鋁。不斷發(fā)展的汽車(chē)用鋼對(duì)材料的連接工藝也提出更高的挑戰(zhàn)。激光焊接作為一種高效、高質(zhì)量的焊接方法，可以實(shí)現(xiàn)多種材料和表面狀態(tài)的自熔焊。大功率光纖激光進(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)，憑借其光束質(zhì)量穩(wěn)定、發(fā)生器體積較小、后期維護(hù)成本較低等諸多優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了激光焊接在車(chē)身

2、制造中的應(yīng)用。本文采用光纖激光器，對(duì)鍍鋅和鋁硅鍍層鋼板的拼焊或搭接焊進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文首先研究了鍍鋅鋼板的光纖激光拼焊。針對(duì)1.5mm鍍鋅復(fù)相鋼板（CR980T/700Y-MP-LCE）和1.0mm鍍鋅低合金鋼板（420LA）進(jìn)行異種金屬激光拼焊實(shí)驗(yàn)，對(duì)焊縫成形、金相組織、接頭硬度、拉伸強(qiáng)度和成形性能進(jìn)行了一系列測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，冷軋復(fù)相鋼和低合金鋼光纖激光拼焊可以得到成形良好的焊縫，鍍鋅層并不會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量造成不良影響。

3、復(fù)相鋼熱影響區(qū)存在回火軟化區(qū)，軟化區(qū)的寬度受焊接速度影響最大。焊接接頭力學(xué)強(qiáng)度和焊縫成形性能理想，拉伸試樣斷裂位置均位于低合金鋼一側(cè)的母材，焊縫杯突實(shí)驗(yàn)顯示，裂紋位置均位于薄板（低合金鋼）一側(cè)的母材上并平行于焊縫，滿(mǎn)足沖壓成形要求。
　　其次，針對(duì)1.35mm低合金鋼板（HC260LAD+Z100MB）進(jìn)行搭接焊實(shí)驗(yàn)，研究了搭接間隙對(duì)光纖激光焊接鍍鋅鋼板的焊縫成形和接頭機(jī)械性能的影響，分析了預(yù)留間隙法解決鍍鋅鋼板激光搭接焊中高壓鋅

4、蒸氣對(duì)焊縫造成不良影響的機(jī)理，并獲得了激光功率和搭接間隙的工藝參數(shù)匹配范圍。在焊接速度為3m/min，離焦量為0，保護(hù)氣氬氣送氣速度為15L/min的條件下，當(dāng)間隙大于0.1mm時(shí)，可以很好地抑制鋅蒸氣造成的焊接缺陷；間隙約為0.15mm時(shí)，焊縫熔深達(dá)到最大值；同時(shí)激光功率為4kW時(shí)對(duì)間隙的容忍度較大，即：0.05～0.2mm搭接間隙都可以得到成形良好的焊縫。
　　針對(duì)熱成形前的Usibor1500鋼板進(jìn)行了激光拼焊，分析了Al-

5、Si鍍層對(duì)焊縫組織和力學(xué)性能的影響并通過(guò)EDS分析了鍍層元素在焊縫中的分布特征。研究結(jié)果表明：Al–Si鍍層對(duì)拼焊焊接接頭的拉伸性能有顯著的影響。保留頂層Al-Si鍍層時(shí)，Al元素會(huì)進(jìn)入焊縫，并廣泛分布在焊縫中，且存在偏聚現(xiàn)象；Al-Si鍍層進(jìn)入焊縫形成的脆性相會(huì)使得接頭力學(xué)性能降低，此時(shí)拼焊接頭的斷裂位置可能是發(fā)生在焊縫處也可能是母材上，當(dāng)在焊縫處斷裂時(shí)，呈現(xiàn)典型的脆性斷裂性質(zhì)；去除頂層鍍層后可以大大提升拼焊焊縫力學(xué)性能，此時(shí)接頭的斷

6、裂位置均為母材，且呈現(xiàn)韌性斷裂特征。
　　最后，研究了Al-Si鍍層對(duì)熱成形鋼激光搭接焊的影響和不同焊縫長(zhǎng)度以及不同焊縫形狀的搭接接頭拉剪性能。對(duì)于I型線(xiàn)段焊縫，長(zhǎng)度達(dá)到22.5mm可以達(dá)到電阻點(diǎn)焊的拉剪強(qiáng)度；采用S型、O型、C型等曲線(xiàn)焊縫形狀可改善焊接接頭力學(xué)性能，其中C型焊縫的性能最佳。經(jīng)優(yōu)化后的激光搭接接頭性能優(yōu)于電阻點(diǎn)焊接頭。當(dāng)未去除Al– Si鍍層時(shí)獲得的搭接接頭，其會(huì)出現(xiàn)兩種不同的斷裂位置；并且發(fā)現(xiàn)在搭接界面的熔合線(xiàn)附