工藝參數(shù)對點焊后先進高強鋼(雙向鋼)點焊的組織和性能

1、項目編號:吉林大學“大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目名稱項負責人學院、年級、聯(lián)系電話電子郵件指導教師姓名工藝參數(shù)對點焊后先進高強鋼（雙向鋼）組織和性能的影響劉睿華專業(yè)材料科學與工程學院、2008級材料成型及控制工程13944161846754911213邱小明職稱教授填表日期 2010年4 月 20 日項目名稱工藝參數(shù)對點焊后先進高強鋼（雙向鋼）點焊的組織和性能10申請經(jīng)費（元）起止時間年 月至教學號姓名年級所在學院、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail43081202劉睿華08材料科學與工程學院1394416184675491121343081219聶春松08材料科學與工程學 加 成

2、員指 導 教 師4302121843081225姓名E-mail姬永峰魏阿娟邱小明0808學院qiuxmjlu.Edu.c n材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院聯(lián)系電話1894362955613944916034職稱教名一、項目申請理由（包括項目背景及自身具備的知識、素質(zhì)、能力和已參加過的研究等條件）項目背景：輕量化、節(jié)能、環(huán)保和安全是當今汽車技術的重要發(fā)展方向。材料及其相關應用技術是汽車 工業(yè)技術創(chuàng)新的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎。輕量化材料和相關的應用技術在汽車上的應用是降低汽車 排放和提高燃油經(jīng)濟性的最有效措施之一。美國PNGV計劃中，把材料和相關應用

3、技術作為三大關鍵技術領域之一。先進高強鋼（Advaneed High Strength Steels, AHSS），以其強度高、成型性能好、能量吸收率高、初始加工硬化速率高和防撞凹性能好等綜合優(yōu)勢，迅速發(fā)展為汽車制造中應用前景最為 看好的輕量化材料之一。國外汽車輕量化材料研究和生產(chǎn)實踐說明，應用的輕量化材料主要是先 進高強鋼，它是保證安全和輕量化的基本材料。近年來，世界各大車廠的汽車逐步增加了先進高 強鋼的使用量。傳統(tǒng)的高強鋼大多是通過固溶、析出和細化晶粒作為主要強化手段來提高鋼的強度，而先進 高強鋼（AHSS是指通過相變進行強化的鋼種，包括微合金鋼、超低碳加磷鋼、烘烤硬化鋼、雙 相鋼（DP鋼

4、）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）、復相鋼（CP鋼）和馬氏體鋼（Mart ）等，組織中含 有馬氏體、貝氏體和/或殘余奧氏體，具有強度高、成型性能好、能量吸收率高、初始加工硬化速 率高和防撞凹性能好等綜合優(yōu)勢，迅速發(fā)展為汽車制造中應用前景最為看好的輕量化材料之一。 鋼板強度提高，板厚就可以減薄，從而有效減輕車重，使用高強度鋼板代替原用鋼板后，車身板厚可由1.0 1.2mm減為0.7 0.8mm,從而減輕車重達 15 % 20 %。隨著先進高強度鋼板在車身中的廣泛應用，焊接技術問題變的日益突出。這是因為先進高強 鋼是在低碳鋼中添加少量的鎳、鈮和/或鈦等合金元素，經(jīng)過固溶體強化、析出強化、晶粒細化強化

5、和應變組織強化，使其與碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在鐵素體基體上析出從而提高鋼 的強度。焊接過程中先進高強鋼的塑性溫度區(qū)間較窄，與傳統(tǒng)普通低碳鋼板點焊比較，為獲得同 樣的塑性變形需要較大的電極壓力，這導致合適的焊接工藝范圍變窄，電阻點焊工藝性能較難控 制，電極磨損劇烈、飛濺嚴重等問題相對突出。先進高強鋼的焊接工藝和質(zhì)量控制是各汽車生產(chǎn) 廠家與配件生產(chǎn)廠家急需解決的關鍵技術。本項目擬采用吉林大學焊接教研室開發(fā)的多功能智能監(jiān)控系統(tǒng)為研究平臺， 相鋼）點焊作為切入點，開展點焊焊接性、工藝參數(shù)對熔核組織、性能的影響規(guī)律 價和認識超強材料的焊接性問題。 自身具備素質(zhì)及知識能力以及參加過的研究：劉睿華

6、：申請項目的小組負責人，2008年以高出河北省重點錄取分數(shù)線 入吉林大學，現(xiàn)就讀于吉林大學材料科學與工程學院、材料成型及控制工程專業(yè)一年中學習努力刻苦，孜孜不倦，于2009年末獲得吉林大學三等獎學金，以先進高強鋼（雙,從而辯證地評45分的優(yōu)異成績考12班。在過去的 同時還榮獲了學校頒發(fā)的“文體活動獎”單項獎！在校期間，她不僅在學習上力爭上游，同時積極參加各種學生活動， 曾參加并組織了包括 2008年材料學院迎新晚會， 社團百花節(jié)，吉林大學運動會等大型活動, 老師和同學們的認可。作為社團負責人的她，策劃和舉辦了不少在校園內(nèi)有一定影響的活動。在 2009年一年中獲得吉林大學“優(yōu)秀團員”，吉林大學“

7、優(yōu)秀社團負責人”等榮譽稱號，并在 年學院組織的辯論賽中榮獲“最佳辯手”稱號，同樣在2010年參加學校組織的“先鋒論壇”賽，也表現(xiàn)優(yōu)異！魏阿娟：現(xiàn)就讀于吉林大學材料科學與工程學院，材料成型及控制工程專業(yè)12班,考入吉林大學，高考成績超出陜西省一本重點線52分，進入吉林大學后成績優(yōu)異，在獲吉林大學三等獎學金。在過去的一年中積極參加各類活動，曾在學院組織的征文大賽中兩次獲 獎。參加了 2008級迎新晚會等文藝活動。姬永鋒：現(xiàn)就讀于吉林大學材料科學與工程學院，材料成型及控制工程專業(yè) 入學，高考成績超出山東省一本重點線40多分，進入吉林大學后成績優(yōu)異，在校三等獎學金。此成員學習刻苦，做事細心，工圖等學科

8、成績都相當優(yōu)異。聶春松：現(xiàn)就讀于吉林大學材料科學與工程學院，材料成型及控制工程專業(yè) 入學，高考成績超出河南省一本重點線60多分，進入吉林大學后成績優(yōu)異，在：三等獎學金。一直以來積極參加學生工作，并獲得了吉林大學“社會工作獎”單項獎學金。參加此次研究的成員在學有余力的情況下對科學研究一直抱著極大的熱情，希望在研究中開 闊自己的視野！本項目負責人和參加人已初步掌握完成本項目所需的材料學、力學金屬學及熱處理、材料成 型原理等基礎理論知識及合金樣品的制備、顯微組織觀察、力學性能檢測等實驗動手能力，具有 一定的自主研究和獨立思考能力。并閱讀了大量相關技術文獻，積累了一些研究經(jīng)驗，因此有能 力完成項目提出

9、的各項研究任務。對于學校給與的這次機會非常珍惜，也希望通過這次計劃能學 到更多的知識，各方面能力得到提高。得到2009辯論2008 年2009年曾12 班，2008 年2009年曾獲學12 班，2008 年2009年曾獲學校、項目研究內(nèi)容 （目前研究的現(xiàn)狀、主要研究內(nèi)容，重點和難點及可能的創(chuàng)新點，研究思 路和方法等）2.1目前研究的現(xiàn)狀高效率、低成本的電阻點焊技術在車身裝配過程中的占相當大比例，先進高強度鋼板的點焊 質(zhì)量問題已受到國內(nèi)外研究學者的密切關注。先進高強度鋼板的點焊接頭質(zhì)量的不穩(wěn)定及其檢測 評價標準有待制定成為推廣應用的技術瓶頸。目前各國焊接工作者對先進高強鋼電阻焊的研究主 要集中在

10、各種高強鋼的可焊性、焊接規(guī)范參數(shù)對焊點組織性能的影響、電極壽命、焊接程序和工 藝的優(yōu)化等。英國 TWI材料連接技術全球中心的Shi,G等學者研究了高強鋼點焊程序的修正以及母材強度和焊接淬火對焊點性能的影響；日本學者Otani,Tadayuki等對超細晶粒高強鋼電阻點焊特性作了系統(tǒng)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：這種由于高強鋼在高溫下的電阻率和強度與低碳鋼不同，其點 焊時得到同樣大小的熔核尺寸需要的焊接電流比低碳鋼板更大，同時，這種鋼板的碳當量很低， 雖然焊后熔核的主要組織是馬氏體，但由于低碳成分限制了熔核硬化，因此這種材料的點焊接頭 不經(jīng)過回火就能得到高的拉剪強度和垂直拉伸強度；法國學者Mimer, M通過

11、試驗研究提出了通過焊后回火工藝來改進高強鋼和超高強度鋼的電阻點焊性能的方法；美國學者研究了690 960M Pa高強雙相鋼點焊回火工藝，建立了用于指導幾種高強鋼電阻點焊的回火曲線圖，并證明該回火圖 是典型的等溫 C曲線；日本焊接協(xié)會專門成立了先進高強鋼點焊質(zhì)量監(jiān)控及檢測研究小組，采用 彌散強化銅合金或通過對電極的低溫處理等措施提高電極的使用壽命。600目前，先進高強鋼在我國的應用過程中仍存在一定問題。首先是先進高強鋼自主開發(fā)能力不 足，新產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)主要依靠引進技術與裝備，國內(nèi)生產(chǎn)的先進高強鋼的質(zhì)量水平與國外存 在較大差距，不能滿足國內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展需求。其次，先進高強鋼的加工、成型和連接

12、技術還 處于實驗室和試生產(chǎn)階段。國內(nèi)高校院所和生產(chǎn)企業(yè)開展的研究工作主要集中在強度級別在 800MPa鋼種的焊接。2.2主要研究內(nèi)容（1）研究先進高強鋼的電阻點焊焊接性、分析先進高強鋼點焊熔核的組織結構特點和性能;（2）焊接工藝參數(shù)對點焊熔核組織和性能的影響；先進高強鋼的電阻點焊工藝參數(shù)優(yōu)化；（3）基于智能溫控誘導相變機制，實現(xiàn)先進高強鋼點焊熔核組織加工歷史再現(xiàn)； 2.3重點和難點先進高強鋼（雙相鋼）是由低碳鋼或低碳微合金鋼經(jīng)兩相區(qū)熱處理或控軋控冷得到，亦即在 臨界溫度區(qū)間退火和隨后的淬火，雙相區(qū)退火溫度決定了奧氏體的含量及其碳含量與奧氏體淬透 性；而冷卻速度決定了奧氏體以何種方式完成轉(zhuǎn)變，擴

13、散型或切變型，這些加工歷史以及組織變 化將直接影響力學性能。在快速冷卻過程中，奧氏體會完全轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而達到了馬氏體和 鐵素體的室溫組織。雙向高強鋼焊接，由于受到熱作用，焊縫區(qū)組織將發(fā)生變化，母材局部重熔, 因此，保證焊縫組織與性能和母材一致，是項目的難點。2.4創(chuàng)新點運用點焊熱過程智能控制與多脈沖調(diào)幅電流誘導相變技術，實現(xiàn)先進高強鋼（雙相鋼）點焊 智能監(jiān)控策略。2.5研究思路和方法（1）先進高強鋼（雙相鋼）的焊接性研究：先進高強鋼（雙相鋼）對點焊熱作用十分敏感, 點焊過程中母材重熔，電極作用力和快速冷卻將影響熔核的結晶狀態(tài)和微觀組織，結果反映到接 頭的物化、力學性能。先進高強鋼（雙相鋼）

14、的焊接性研究的基本前提是：確保搭接接頭熔核的 成型質(zhì)量：點焊無噴濺、無過熱、壓陷適度、熔核尺寸達標?；邳c焊接頭成型分析接頭組織和性能。(2) 點焊工藝參數(shù)優(yōu)化：點焊工藝參數(shù)相互關聯(lián)性強，邊界條件復雜，尤其是焊接電流、電 極壓力和焊接時間的合理匹配更為重要。(3) 接頭微觀組織和力學性能分析：利用先進微觀分析方法對點焊接頭組織和誘導相變效果的評價，揭示組織變化對力學性能的影響規(guī)律，為優(yōu)化工藝參數(shù)和控制技術提供理論和技術指導。注：此欄可附頁三、項目進度安排（查閱資料、選題、自主設計項目研究方案、開題報告、實驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng) 計、處理與分析、研制開發(fā)、填寫結題表、撰寫研究論文和總結報告、參加結題答辯

15、和成果推廣 等）（1）（2）2010.062010.092010.082010.112010.122011.012011.022011.032011.042011.05:查閱文獻、準備試驗材料；:研究先進高強鋼的電阻點焊焊接工藝參數(shù)、先進高強鋼母材的組織、點焊對母材組織的影響；:研究先進高強鋼焊件的性能；:優(yōu)化研究成果；:撰寫實驗報告，提交實驗成果。四、擬利用資源（實驗室、儀器設備、實驗材料、資料等）材料學院加工實驗室，點焊機，控制機床，微觀鏡像分析儀等實驗設備。同時還可以在校內(nèi) 計算中心、測試中心、微觀分析中心、化學分析中心、物理與力學實驗室等單位進行一些實驗。 因此，從設備、儀器方面為本研究項目的順利完成提供了有利條件。指導教師課題組從事相關研究積累了大量文獻和資料，并通過網(wǎng)絡檢索各種資料。五、項目經(jīng)費預算與用途（購置實驗消耗材料（低值品）、資料、加工測試、打字復印、調(diào)研、 市內(nèi)公交、論文版面費、專利申請費等經(jīng)費開支）項目經(jīng)費預算：1.0萬元經(jīng)費用途：.購置實驗材料：0.25萬元試樣加工：0.15萬元組織性能檢測：0.2萬元資料、復印、調(diào)研及論文版面費：0.4萬元 合計：1.0萬元六、