论文部分内容阅读
针对汽车行业安全可靠和节能减排的需求,先进高强钢在汽车轻量化发展趋势中占据着不可替代的地位,而激光拼焊作为一种高效、易于自动化生产的加工方式,在车身连接中发挥着重要作用。随着第三代先进高强钢的出现,如热成形钢与QP钢,汽车部件具备了拥有更高性能的可能,同时也为车身焊接过程带来更高的要求和新的问题。本文选用第三代先进高强钢Al-Si镀层22Mn B5和QP980作为试验材料,开展1.5mm厚的22Mn B5钢激光拼焊和1.2mm厚的22Mn B5/QP980钢激光拼焊。本文开展激光拼焊过程的工艺优化研究,阐明22Mn B5钢表面Al-Si镀层对焊接和热冲压过程中组织及力学性能的影响规律,并对比同种激光拼焊板和异种激光拼焊板的强度及成形性能。首先利用响应面法设计原始态Al-Si镀层22Mn B5钢激光拼焊工艺优化试验。结果表明工艺参数对于接头抗拉强度影响显著性的排序为:焊接速度>激光功率>离焦量。通过回归模型优化,结合不同参数下焊缝宏观成形和截面形貌,得到最优工艺参数条件为:激光功率2.2k W,焊接速度2m/min,离焦量+2mm。随后研究了Al-Si镀层在激光拼焊及焊后热冲压过程中对接头微观组织演变及综合力学性能的影响。结果显示Al-Si镀层在激光拼焊过程中导致相图中高温铁素体面积增大,最终形成15%铁素体+85%马氏体组织,焊缝硬度下降至350HV,杯突承受最大载荷下降至去镀层条件的65%,但接头疲劳性能提升,疲劳极限为125MPa。热冲压后进入焊缝中的Al-Si镀层进一步影响组织演变过程,由于热冲压过程冷却速度较慢,Al元素作用更为明显,接头焊缝组织为60%铁素体+40%马氏体组织,焊缝的硬度值下降至300HV,抗拉强度约为1150MPa,为去镀层条件的85.2%,延伸率约为2.1%;拼焊板的成形性能严重下降,杯突值由去镀层时的6.9mm下降至有镀层时的2.9mm。最后开展了热冲压态Al-Si镀层22Mn B5/QP980异种钢激光拼焊研究,在激光功率为1.8k W-2.2k W时能够获得稳定成形的焊缝,接头中组织为板条马氏体组织,软化区尺寸和软化程度随激光功率增加而增加。在2.0k W时,异种钢接头具有最优力学性能,抗拉强度为QP980母材强度,约为1050MPa,延伸率达到13%;同时具有较好的成形能力,尽管板厚减少,杯突值仍高于有镀层条件下的同种钢拼焊接头,可以达到4.0mm。相比于22Mn B5同种钢激光拼焊接头,异种钢的抗拉强度虽然有所降低,但由于延伸率的大幅提高,断裂吸收功显著增加,使拼焊板具备更加优良的成形性能。