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    2205雙相不銹鋼激光焊焊接接頭的組織和性能特征
    發布者: 發布時間:2019/8/4 閱讀:518

     為了研究2205雙相不銹鋼激光焊焊接接頭的組織和性能,通過光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、顯微硬度計等對焊接接頭進行組織和顯微硬度表征,結果表明焊接接頭存在軟化區和硬化區,軟化區為焊接接頭薄弱區域,熔合區馬氏體和熱影響區馬氏體回火分別導致了焊接接頭硬化區和軟化區的形成,有限限制分析可對焊接板沖壓時的失效進行有效預測。

     為增強汽車車身安全性能,同時減輕車身質量以降低燃油消耗,高強鋼在車身制造中的應用越來越廣泛,尤其是先進高強鋼如雙相不銹鋼,該鋼種具有高強度和良好的塑性,在車身碰撞時通過自身的變形來吸收能量將對乘客的傷害降到最低,而雙相不銹鋼由于具有低的屈服強度、高的抗拉強度、高的初始加工硬化速率、高的均勻伸長率等性能特點在汽車白車身制造中所占的比例越來越高,是先進高強鋼中的代表鋼種,因此很多鋼廠都在致力于該類鋼種的研發和生產,在車身制造中,雙相鋼拼焊板應用廣泛,由于拼焊板沖壓成形具有良好的經濟性、高裝配精度、可減輕車身質量等多種優勢,在車門內板、車底板、B柱以及測梁等結構中應用廣泛。隨著車身輕量化要求越來越高,激光在汽車零部件制造中的應用越來越廣泛,尤其在連接領域,與其他焊接方法如電阻點焊、氣體保護焊等相比,激光焊擁有良好的成形外觀、簡單、靈活、可靠等優點。在對雙相鋼激光焊的相關研究中發現,雙相鋼的強度越高,焊接接頭的亞臨界區軟化越嚴重,且接頭的拉伸性能會明顯惡化。采用高質量的YAG激光對鍍鋅DP980進行焊接,評估了焊接接頭的組織和機械性能對成形性能的影響。

     試驗鋼種為2205雙相不銹鋼,厚度為1.2mm。成分如表所示,母材的SEM(掃描電子顯微鏡)組織如圖所示;w組織為軟相鐵素體(黑色),同時分布有島狀硬質相馬氏體(淺色),統計該雙相鋼中含有約50%的馬氏體,馬氏體含量決定了鋼種的強度,如表所示。采用YAG激光作為焊接熱源,焊接速度為3m/min,焊后取橫向試樣,打磨拋光腐蝕后進行組織觀察,并垂直焊縫方向測試顯微硬度,載荷為5N,加載時間為15秒。采用萬能試驗機開展焊板的有限圓頂高度試驗(LDH),沖頭直徑為Φ101.6mm,LDH試驗示意見圖,試驗板材尺寸為190mm×190mm,焊縫位于中心位置,焊接板料放置在壓邊圈上,板料用壓邊圈固定,測試時,沖頭的運動速度為2mm/分鐘,當材料出現明顯的頸縮或開始開裂時就停止沖頭運動,同時要保證施加的壓邊力足夠大以避免沖壓過程中板料流動。

     焊接接頭宏觀形貌以及硬度分布如圖所示,基于硬度特征,將整個焊接區域劃分成熔合區、硬化熱影響區、軟化熱影響區以及基體。熔合區顯微硬度高于母材,平均值為417HV,對于本研究鋼種的碳含量,通過經驗公式計算,馬氏體的顯微硬度為413HV,試驗數據和計算數值的對比表明熔合區為完全馬氏體相。焊接接頭中硬度最高值出現在緊鄰熔合線的熱影響區,該區的組織也為板條馬氏體,但是尺寸要明顯細于熔合區,如圖所示,這可能是該區顯微硬度較高的原因。HM=884C+294式中,HM為馬氏體的顯微硬度;C為固溶碳含量。

     對于焊接時出現的熱影響區軟化現象,主要是基體中的馬氏體在焊接熱循環作用下分解所致,分解的程度或軟化的程度與成分及焊接工藝相關,在軟化區,焊接時熱循環的峰值溫度低于奧氏體化開始溫度,因此富碳的馬氏體不會發生奧氏體化,在熱作用下會發生分解,本試驗中軟化區的硬度平均值為269HV,低于基體硬度25HV。通過掃描電子顯微鏡下對基體和軟化區組織對比發現,馬氏體的形貌發生了明顯變化,如圖所示,相比之下,鐵素體的形貌變化不明顯;可以認為在激光焊的焊接熱循環作用下,鐵素體的組織變化所引起的硬度變化對軟化區的硬度降低貢獻要小于馬氏體分解所帶來的軟化,根據混合率定律計算可知,軟化區馬氏體的硬度在焊接前后降低大約為50HV。而通過納米壓痕對鐵素體和馬氏體在焊接前后的硬度測試發現,該鋼種的電阻點焊也出現相似的情況,即鐵素體的硬度在焊接前后變化不顯著。

     
     

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