1000MPa級別超高強復相鋼激光焊接組織及性能的研究.pdf

1、為了減輕汽車自重以降低能耗、減少污染、提高效率，車身制造正逐漸廣泛采用超高強鋼，而焊接是實現(xiàn)高強鋼、超高強鋼在汽車工業(yè)工程應用必須攻克的關(guān)鍵技術(shù)。采用傳統(tǒng)電弧焊方法焊接高強鋼時易產(chǎn)生冷裂紋、熱影響區(qū)韌性下降、軟化等問題。激光以能量密度高、熔深能力強、焊接速度快、熱應力低、熱變形小等特點成為二十一世紀最具應用前景的先進制造熱源。
　　 本文利用JMatPro軟件模擬計算了1000MPa級別超高強復相(CP)鋼(0.17％C、0.3

2、3%Si、1.74%Mn、0.018%P、0.004%S、0.35%Cr，0.20%Mo、0.13%Ti)材料的TTT曲線及CCT曲線，獲得了超高強復相鋼材料鐵素體和奧氏體平衡相變時的溫度Ac3，珠光體轉(zhuǎn)變溫度Act，馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms及馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf。通過模擬計算預測了超高強鋼激光焊接接頭各組織分布規(guī)律及其在不同冷卻速度下的演變規(guī)律，同時對其力學性能進行了預測。
　　 本文基于LabVIEW平臺，計算機硬件及NI-

3、USB9211A數(shù)據(jù)采集卡，搭建了溫度測試平臺，為成功測試激光焊熱循環(huán)參數(shù)提供了技術(shù)保障。在激光焊熱循環(huán)參數(shù)的測量過程中，提出了采用測溫點逐步接近焊縫金屬的設計方法，來進行激光焊熱影響區(qū)粗晶區(qū)熱循環(huán)的測試。成功獲得了激光焊接熱循環(huán)參數(shù)，實測的t8/5為1.67s----2.33s。在t8/5為2s條件下，超高強復相鋼材料的模擬激光焊粗晶區(qū)組織主要為位錯型板條馬氏體，局部區(qū)域觀察到孿晶型馬氏體。碳含量低于0.2%的低碳鋼材料經(jīng)過熱模擬試驗

4、后粗晶熱影響區(qū)出現(xiàn)孿晶型馬氏體以及晶粒長大是導致熱模擬試樣沖擊性能下降的主要原因。
　　 對1000MPa級別超高強復相鋼進行激光焊接試驗，觀察發(fā)現(xiàn)熔合區(qū)很窄，只有幾十個微米。通過光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡分析了超高強復相鋼激光焊接接頭微觀組織，揭示了其微觀組織分布規(guī)律，即從母材、熱影響區(qū)到焊縫部位的微觀組織分布規(guī)律為(M+B+A1+F)→(M+B+F+Ar)→(M+B+Ar)→(M+Ar)。同時馬氏體的組織形態(tài)以位錯型板條

5、馬氏體為主，整個焊接接頭窄，各區(qū)組織具有差異，存在組織梯度的特征。實際焊接接頭各區(qū)組織的分布規(guī)律與模擬計算預測的超高強復相鋼激光焊接接頭微觀組織變化規(guī)律基本一致。研究揭示了在不同線能量條件下，粗晶區(qū)微觀組織的演變規(guī)律為：隨線能量減小，顯微組織從(M+B+Ar）→(M+Ar）.超高強復相鋼激光焊縫區(qū)主要為板條狀馬氏體組織，揭示了在不同線能量條件下激光焊縫區(qū)微觀組織演變規(guī)律為：隨線能量的減小，馬氏體板條寬度尺寸和板條群（領(lǐng)域）尺寸減小。在激

6、光焊縫區(qū)的微觀組織中發(fā)現(xiàn)有塊狀及條狀析出相。
　　 本文對1000MPa級別超高強復相鋼激光焊接接頭進行了顯微硬度、拉伸強度、彎曲與沖擊韌性試驗，結(jié)果表明超高強復相鋼激光焊接接頭具有高強度、高硬度、良好彎曲性能的特點，隨激光焊接線能量的減小，激光焊繾部位的沖擊韌性有降低的趨勢。對激光焊接接頭進行了疲勞試驗，結(jié)果顯示疲勞強度在270MPa-290MPa左右，與母材相比降低約23%。在疲勞斷口上發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋起源于熔合區(qū)部位，斷口存在

7、明顯的輪胎狀條紋及疲勞擴展輝紋特征。針對薄板激光焊接的特點，本文采用改制的壓痕應變法應力測試儀測試了超高強復相鋼激光焊接頭的殘余應力，測試結(jié)果表明超高強鋼激光焊接頭焊縫金屬及熱影響區(qū)中的殘余應力分布區(qū)域窄，應力梯度大，最大殘余拉應力達到了母材屈服強度的70%。使用有限元分析方法進行殘余應力分析時，采用疊加的焊接熱源溫度場及彈塑性分析方法所獲得的縱向殘余應力數(shù)值與壓痕應變法測量的結(jié)果非常接近。
　　 針對超高強復相鋼激光焊縫硬度高

8、及疲勞強度低的特點，設計了激光焊與在線跟隨TIC電弧表面處理工藝。從試驗結(jié)果來看，跟隨的TIG電弧對激光焊接接頭的熱循環(huán)狀態(tài)產(chǎn)生了一定的影響。微觀組織分析發(fā)現(xiàn)上表面激光焊縫區(qū)馬氏體數(shù)量減少，貝氏體數(shù)量增多。通過透射電鏡顯微組織分析可以看出，激光焊縫同樣有條束狀板條馬氏體以及少量的殘余奧氏體，同時發(fā)現(xiàn)有回火馬氏體的存在，板條馬氏體的條束被打斷，位向也發(fā)生了變化。研究發(fā)現(xiàn)在線跟隨TIG電弧處理工藝，可以有效降低高強鋼激光焊縫的最高硬度分布，