基于光纖激光焊接的雙相鋼與高強(qiáng)度低合金鋼連接焊接面疲勞特性分析

DennisParkesetal.SAE 2014-01-0990.

編譯：王祥

為降低汽車使用時對環(huán)境的影響，進(jìn)行了多種關(guān)于改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的研究，其中最有效的方法就是實現(xiàn)汽車輕量化，但簡單地降低汽車材料使用量會使汽車的安全性降低，因此需要采用高強(qiáng)度合金材料。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼因其具有優(yōu)良的強(qiáng)度特性、良好的延展特性和成形特性，使其成為替代傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼的首選材料。然而，要實現(xiàn)汽車中多種鋼材的使用，不僅需要解決這些材料的焊接問題，而且需要對材料焊接處的力學(xué)特性進(jìn)行分析。選擇先進(jìn)高強(qiáng)度鋼中的DP980（雙相鋼）以及傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼中的HSLA380（高強(qiáng)度低合金鋼）為原材料，研究如何實現(xiàn)異種金屬間焊接及對其焊接處的力學(xué)特性進(jìn)行分析。

選擇DP980作為輕量化的替換材料，主要是由于其最大抗拉強(qiáng)度不小于980MPa，且伸長率高達(dá)14%。光纖激光焊接具有較低的維護(hù)成本，以及較高的效率、精度和可靠性，因而選擇該焊接方法進(jìn)行了DP980與HSLA380的焊接。通過試驗對異種金屬間焊接處的力學(xué)特性進(jìn)行分析，選用厚度為 1.2mm的 DP980板件與HSLA380板件。焊接時，使用俄羅斯IPG光子公司生產(chǎn)的YLS-6000光纖激光焊接系統(tǒng)。焊接設(shè)定了兩種焊接參數(shù)：①設(shè)定焊接速度為20.5m/min、激光功率為4kW、焊接熱輸入量為9.76J/mm2；②設(shè)定焊接速度為16m/min、激光功率為6kW、焊接熱輸入量為18.75J/mm2。在拉伸試驗室中，對焊接后的部件進(jìn)行拉伸和疲勞試驗。拉伸試驗在室溫下進(jìn)行，通過一個液壓伺服系統(tǒng)，控制應(yīng)變速率為0.001/s。疲勞試驗也在室溫下進(jìn)行，設(shè)定循環(huán)應(yīng)力比為0.1，加載頻率為50Hz。采用掃描電子顯微鏡對斷裂面進(jìn)行掃描，查看拉伸斷裂和疲勞斷裂特征。結(jié)果顯示：①兩種焊接條件下的材料拉伸特性非常相似；②第一種焊接條件下焊接處具有較多的貝氏體組織，因而其焊接處強(qiáng)度略高于第二種焊接條件下的焊接處強(qiáng)度；③第一種焊接條件下材料焊接處存在多處小凹陷，因而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊接處的疲勞壽命較低。