【doc】汽車用高強(qiáng)度鋼的激光焊焊接性研究

1、汽車用高強(qiáng)度鋼的激光焊焊接性研究汔車用高強(qiáng)度鋼的激光焊焊接牲研究口任芝蘭摘要:激光焊接汽車用高強(qiáng)度鋼主要利用激光的熱循環(huán)特點(diǎn),加熱冷卻速度快,可細(xì)化高強(qiáng)度鋼焊接接頭處的晶粒,但仍然存在裂紋,軟化,降低疲勞強(qiáng)度及耐磨性問題.通過一些試驗(yàn),分析了激光焊接后接頭的一些特性,從而肯定激光焊接的可行性.關(guān)鍵詞:高強(qiáng)度鋼激光焊接焊接性中圖分類號(hào):tg456,7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b文章編號(hào):10004998(2006)01007202目前,國(guó)內(nèi)外的汽車制造上大量應(yīng)用高強(qiáng)度鋼,其中主要應(yīng)用在車身外面板,車身內(nèi)面板,保險(xiǎn)杠的外面板和加強(qiáng)板,載重車大梁和車廂,自卸車的翻斗等,隨著這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,要求更高的制造質(zhì)量

2、,為此,本文就汽車用高強(qiáng)度鋼的焊接方法上,研究應(yīng)用先進(jìn)的焊接方法(激光焊的可行性).高強(qiáng)度鋼在汽車上的應(yīng)用主要要求其可焊性,抗疲勞特性,耐腐蝕性等,因此在研究用激光焊接汽車用高強(qiáng)度鋼的時(shí)候,焊縫接頭的分析也主要從這三方面著手.激光焊技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的以高能量密度的激光為熱源的精密焊接技術(shù),已經(jīng)在許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用.與傳統(tǒng)的焊接方法相比,激光焊的焊接速度快,生產(chǎn)效率高;焊縫深寬比大;熱輸入小,使焊接熱影響區(qū)小,焊接變形小,焊接鋼板的厚度可達(dá)到50mm.近年來,國(guó)內(nèi)外在高強(qiáng)度鋼的激光焊接應(yīng)用方面雖做了大量的工作,但仍需作進(jìn)一步的研究與探索.高強(qiáng)度鋼激光焊的焊接性分析(1)激光焊的焊

3、接熱循環(huán)分析激光焊分為傳熱焊和深熔焊,功率密度小于1010w/em為傳熱焊,熔深淺,焊接速度慢;功率密度大于1010w/em時(shí),金屬表面受熱作用下凹成孔穴,形成熔深焊,焊接速度快,深寬比大.高強(qiáng)度鋼的激光焊主要采用這種工藝.熔深焊的焊接熱循環(huán)與傳統(tǒng)的焊接方法相比有所不同,haz的溫度梯度大,高溫停留時(shí)間短,haz的峰值溫度可x200012.細(xì)晶鋼co:激光焊距焊縫中心0.7mm處的峰值溫度)j96812,最大加熱速度9000012/s,峰值溫度為50012的平均冷卻速度是2035(2/s,轉(zhuǎn)變時(shí)間為0.13s.(2)高強(qiáng)度鋼激光焊的焊4t-裂紋分析高強(qiáng)度鋼激光焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋,激光焊使接頭組織細(xì)

4、化而提高接頭的抗熱裂紋和冷裂紋的能力,但激光焊快速加熱冷卻的熱循環(huán)特陛使碳當(dāng)量較高的高強(qiáng)度鋼接頭出現(xiàn)傳統(tǒng)焊接方法中不常出現(xiàn)的裂紋缺陷,尤其是焊接速2006/1度高的情況下,主要原因是:熱循環(huán)特點(diǎn)增加了接頭的金相分析的復(fù)雜程度,以致常規(guī)的cct圖無(wú)法精確地解釋激光焊接過程接頭的相變行為;接頭的硬度比傳統(tǒng)的焊接方法高,奧氏體明顯長(zhǎng)大使接頭易出現(xiàn)淬硬性組織,裂紋易產(chǎn)生;焊接過程的導(dǎo)熱各向異性和凝固收縮使接頭的焊接應(yīng)力很大;快速冷卻使焊縫凝固時(shí)雜質(zhì)元素更趨于偏析,易形成對(duì)接頭性能不利的氧化物夾雜.不過可以采取以下措施防止:預(yù)熱和后熱處理;填絲焊;采用高能半導(dǎo)體激光器;采用復(fù)合焊接技術(shù).(3)高強(qiáng)度鋼激

5、光焊接頭的軟化軟化問題實(shí)際上是焊接熱影響區(qū)性能變化的問題,這是焊接調(diào)質(zhì)鋼時(shí)的一個(gè)普遍問題,熱影響區(qū)凡是加熱溫度高于母材回火溫度至ael的區(qū)域,由于碳化物的積聚而使鋼材軟化.中碳合金高強(qiáng)度鋼調(diào)質(zhì)態(tài)焊接件經(jīng)過激光焊后,在接頭的熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化的現(xiàn)象.激光焊接高強(qiáng)度鋼時(shí),可以通過采用大功率高焊速的大規(guī)范獲得的haz寬度小,軟化區(qū)窄,從而減少軟化現(xiàn)象.根據(jù)激光熱循環(huán)特性可知,高強(qiáng)度鋼激光焊接比一般焊接方法焊接更容易控制軟化現(xiàn)象.目高強(qiáng)度鋼激光焊的疲勞特性分析(1)高強(qiáng)度鋼的疲勞壽命特性分析鋼材的疲勞壽命與其抗拉強(qiáng)度有關(guān),隨著抗拉強(qiáng)度的提高,疲勞強(qiáng)度也隨之增加.圖1表示各種不同鋼種的周期屈服應(yīng)力隨著抗拉

6、強(qiáng)度增加而增加.高強(qiáng)度鋼有著較高的周期屈服應(yīng)力.圖2表示熱軋鋼板的疲勞壽命特性,在低應(yīng)變高周期方面高強(qiáng)度鋼有相似的明顯優(yōu)越性,在高應(yīng)變低周期方面析出強(qiáng)化型和低碳鋼沒有多大差別,雙相鋼則稍優(yōu).可以這么認(rèn)為,低應(yīng)變高周期的疲勞壽命為強(qiáng)度所支配,而高應(yīng)變低周期的疲勞壽命則為塑性所支配,雙相鋼兼有兩者的優(yōu)越性.(2)高強(qiáng)度鋼激光焊的疲勞特性高強(qiáng)度激光焊焊接接頭,由于強(qiáng)度提高低周期疲勞強(qiáng)度增大,10周機(jī)械制造44卷第497期司孽抗拉強(qiáng)度/mpa圖1不同鋼種的周期屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系crlc冷軋低碳鋼,hrlc熱軋低碳鋼,nit含氮鋼,phos含磷鋼,hsla高強(qiáng)度低合金鋼,dp雙相鋼,ra回復(fù)退火鋼

7、,qt淬火回火鋼,hs高強(qiáng)度鋼1o1o1o11o1o破斷前周期數(shù)2nf圖2不同的熱軋高強(qiáng)度鋼在不同應(yīng)變下的疲勞特性1.雙相鋼2.析出強(qiáng)化鋼3.析出強(qiáng)化50kg級(jí)4.低碳熱軋鋼板熱影響區(qū)的平均硬度/hv圖3熱影響區(qū)硬度和焊接區(qū)疲勞強(qiáng)度的關(guān)系o0.15%c析出強(qiáng)化鋼(加v),0.08%c析出強(qiáng)化鋼(加v),口0.13%c析出強(qiáng)化鋼(加ti),普通低碳鋼期以上則與普通低碳鋼板有相同的抗疲勞強(qiáng)度.熱影響區(qū)的硬度和抗疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖3ylji:示,在低周疲勞時(shí)熱影響區(qū)平均硬度越高,抗疲勞強(qiáng)度也越高.在106周期以上則與熱影響區(qū)硬度無(wú)關(guān),這點(diǎn),高強(qiáng)度鋼與普通碳鋼沒有不同.高周疲勞對(duì)于裂紋來說,焊接區(qū)

8、周圍的缺口效應(yīng)比熱影響區(qū)更為主要,可能焊接區(qū)的幾何形狀是一重要因素.含磷鋼的焊接接頭的抗疲勞強(qiáng)度分布于普通低碳鋼的分布范圍內(nèi),也就是說含磷鋼的焊接疲勞特性和普通低碳鋼完全相同.圄高強(qiáng)度鋼激光焊的耐腐蝕性分析一般來說,高強(qiáng)度鋼的耐腐蝕性與低碳鋼相當(dāng),但是由于采用高強(qiáng)度鋼板后減薄了厚度,因此必須重視腐蝕問題,因?yàn)楸〉匿摪灞群竦匿摪遢^易銹蝕,而導(dǎo)致強(qiáng)度降低.因此高強(qiáng)度鋼激光焊接后,還應(yīng)該采用保護(hù)涂層,如鍍鋅,鍍鋅鉻,鍍鋅鎂或鍍鋅鋁等以增加耐腐蝕性.但需注意:必須清除退火過程中表面殘余碳層,涂層前須經(jīng)磷化處理,磷酸鹽也要很好清理,以保證鋼板的清潔度.廣一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一

9、t上海推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)優(yōu)先發(fā)展.上海市經(jīng)委于近iei討論了2006年市經(jīng)委推進(jìn)<上海t優(yōu)先發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)行動(dòng)方案>工作安排計(jì)劃(草案),并.研究出2006年推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)工作重點(diǎn).t上海市經(jīng)委副主任王堅(jiān)要求,明年首先要圍繞大基-地,大產(chǎn)業(yè),大項(xiàng)目的推進(jìn)和建設(shè),立足五個(gè)戰(zhàn)略重點(diǎn),突出:.主導(dǎo)產(chǎn)業(yè).著力抓一批體現(xiàn)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和支撐上海發(fā)展的t?大項(xiàng)目,真正體現(xiàn)優(yōu)先發(fā)展.其次要堅(jiān)持兩個(gè)優(yōu)先的產(chǎn)業(yè)發(fā):展方針,培育和發(fā)展具有集成能力的優(yōu)勢(shì)龍頭企業(yè),逐步形.?成以服務(wù)經(jīng)濟(jì)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu).第三,要準(zhǔn)確判斷下一步的?發(fā)展趨勢(shì),加大部門間的溝通和協(xié)同,在產(chǎn)業(yè)基地建設(shè),工:,業(yè)園區(qū)發(fā)展,產(chǎn)業(yè)支持政策和領(lǐng)軍

10、人才等方面逐步形成規(guī)?范,形成共同推進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的合力.(嚴(yán)偉明):機(jī)械制造44卷4971日結(jié)論無(wú)論是碳鋼或是經(jīng)過合金強(qiáng)化的汽車用高強(qiáng)度鋼,還是通過特殊冶金加工的汽車用高強(qiáng)度鋼,在快速加熱和冷卻的激光焊接條件下使接頭的硬度大大高于母材而容易產(chǎn)生裂紋,但可以改進(jìn)工藝措施如填絲焊,復(fù)合焊,新激光焊等新工藝以防止裂紋.高強(qiáng)度鋼激光焊接由于激光的再熱作用使haz出現(xiàn)軟化區(qū),從而使接頭性能發(fā)生改變,通過采用大規(guī)范焊接工藝可以減少.高強(qiáng)度鋼激光焊接后疲勞特性與普通碳鋼沒多大改變,因此應(yīng)用激光焊接高強(qiáng)度鋼是完全可行的.高強(qiáng)度鋼激光焊接后,耐腐蝕性雖然由于板厚變薄而有所下降,但可以通過采用保護(hù)涂層以增加抗腐蝕性,因此,激光焊接也是可行的.通過以上試驗(yàn)分析可以得出:采用激光焊接汽車用高強(qiáng)度鋼無(wú)論在焊接性,疲勞特性,抗腐蝕性等方面,焊接接頭的質(zhì)量都是完全可以保證的,基于這些原因,采用激光焊焊接高強(qiáng)度鋼,從而提高生產(chǎn)效率,確保焊接質(zhì)量.參考文獻(xiàn)1周振豐.焊接冶金學(xué)【m】.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19962羊秋林.汽車高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用【j】.機(jī)械工程