车用先进超高强度钢板光纤激光焊接接头的显微组织和力学性能的研究

摘要

节能、环保、安全是当今汽车制造业的三大主题，而汽车轻量化是各大汽车公司实现汽车低油耗、少废气排放的主要措施之一。先进超高强度钢以其抗拉强度高、能量吸收率高和碰撞后不易发生变形等优势，迅速发展成为重要的汽车轻量化材料。目前激光焊接技术作为一种新型的高能、快速、精确的焊接工艺，在汽车工业中的应用越来越广泛。结合激光焊接与先进高强钢以满足汽车对轻量化与安全性的要求已经引起了许多厂家和研究机构的兴趣。
　　本文采用光纤激光器对超高强度钢22MnB5进行搭接和对接深熔焊的研究。另外，22MnB5钢分别与车用双相高强钢DP980、DP590和传统高强钢Q235进行了激光拼焊试验。焊后研究了焊接接头接头微观组织形貌和硬度、拉伸、疲劳等性能特点。
　　22MnB5钢激光搭接研究表明，接头宽度随着焊接速度的增加而减小，当焊接速度增加到一定值时，搭接钢板未能焊透。焊缝微观组织主要为板条马氏体，硬度值比母材稍高，热影响区发生了明显的软化现象。接头剪切强度随着焊接速度的增加而减小，在焊接速度为1.5m/min时具有最大值。断口表面的微观形貌主要为韧窝，这说明断裂过程是以微孔聚集的形式进行的，但从宏观来看其断裂方式依然很“脆”。
　　22MnB5钢激光对接焊研究表明，焊缝及其邻近的热影响区组织仍然为板条马氏体，接头硬度的分布情况与搭接焊基本一致，热影响区有明显的软化现象。其热影响区可以分成：淬火区、不完全淬火区和回火区。在回火区，马氏体由于回火转变为回火马氏体。当焊接速度增加时，焊缝组织变得更细小，马氏体含量增多，回火区的宽度变窄，焊接接头硬度升高。在垂直于焊缝的负载下，3-5m/min焊接速度的22MnB5拉伸试样均断在热影响区，塑性较差，断后延伸率仅为2％左右。断口表面的微观形貌为韧窝和解理小平面，还有一些撕裂棱清晰可见，呈现明显的准解理断裂特征。
　　22MnB5钢的激光拼焊研究表明，异种钢焊接接头的成形良好，无裂纹气孔等缺陷产生。焊接接头最大硬度依然在焊缝，然而焊缝却呈现由低到高增长的两部分，在双相钢和Q235一侧焊缝的硬度明显低于22MnB5一侧焊缝的硬度。双相钢热影响区与22MnB5一样存在软化区，且随着钢材等级的增加，软化区区的软化程度也相应增加，由于 Q235钢板母材为正火态，所以该钢热影响区不存在软化区。22MnB5-22MnB5、22MnB5-DP980的拉伸试验均断在热影响区，而22MnB5-DP590、22MnB5-Q235均断在低强度钢板的母材。在相同试验参数下，22MnB5母材拥有最高疲劳寿命，22MnB5-22MnB5疲劳试样依然断在热影响区，而22MnB5-DP980的疲劳试样均断在DP980的母材。典型的疲劳断口分为三部分：裂纹萌生区，裂纹扩展区，瞬断区。萌生区往往出现在试样表面，而扩展区会出现疲劳条带和二次裂纹，瞬断区与拉伸断口很相似。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 汽车用先进超高强钢的发展与特点

1.3 激光焊接技术概括

1.4 车用先进高强钢激光焊接研究现状

1.5 本文主要研究内容

第二章 试验材料、设备与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

第三章 超高强硼钢22MnB5激光搭接接头的组织与性能

3.1搭接接头的焊缝成形

3.2 搭接接头微观组织分析

3.3 搭接接头力学性能分析

3.4 结论

第四章 超高强硼钢22MnB5激光对接接头的组织与性能

4.1 对接接头的焊缝成形

4.2 对接接头SEM微观组织形貌

4.3 对接接头力学性能分析

4.4 结论

第五章 异种钢板激光拼接接头的组织与性能

5.1 拼接接头的焊缝成形

5.2 拼接接头SEM显微组织形貌

5.3 拼接接头力学性能分析

5.4 结论

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢