【doc】汽车用高强度钢的激光焊焊接性研究

1、汽车用高强度钢的激光焊焊接性研究汔车用高强度钢的激光焊焊接牲研究口任芝兰摘要:激光焊接汽车用高强度钢主要利用激光的热循环特点,加热冷却速度快,可细化高强度钢焊接接头处的晶粒,但仍然存在裂纹,软化,降低疲劳强度及耐磨性问题.通过一些试验,分析了激光焊接后接头的一些特性,从而肯定激光焊接的可行性.关键词:高强度钢激光焊接焊接性中图分类号:tg456,7文献标识码:b文章编号:10004998(2006)01007202目前,国内外的汽车制造上大量应用高强度钢,其中主要应用在车身外面板,车身内面板,保险杠的外面板和加强板,载重车大梁和车厢,自卸车的翻斗等,随着这些结构的设计和应用,要求更高的制造质量

2、,为此,本文就汽车用高强度钢的焊接方法上,研究应用先进的焊接方法(激光焊的可行性).高强度钢在汽车上的应用主要要求其可焊性,抗疲劳特性,耐腐蚀性等,因此在研究用激光焊接汽车用高强度钢的时候,焊缝接头的分析也主要从这三方面着手.激光焊技术是20世纪60年代发展起来的以高能量密度的激光为热源的精密焊接技术,已经在许多行业得到广泛应用.与传统的焊接方法相比,激光焊的焊接速度快,生产效率高;焊缝深宽比大;热输入小,使焊接热影响区小,焊接变形小,焊接钢板的厚度可达到50mm.近年来,国内外在高强度钢的激光焊接应用方面虽做了大量的工作,但仍需作进一步的研究与探索.高强度钢激光焊的焊接性分析(1)激光焊的焊

3、接热循环分析激光焊分为传热焊和深熔焊,功率密度小于1010w/em为传热焊,熔深浅,焊接速度慢;功率密度大于1010w/em时,金属表面受热作用下凹成孔穴,形成熔深焊,焊接速度快,深宽比大.高强度钢的激光焊主要采用这种工艺.熔深焊的焊接热循环与传统的焊接方法相比有所不同,haz的温度梯度大,高温停留时间短,haz的峰值温度可x200012.细晶钢co:激光焊距焊缝中心0.7mm处的峰值温度)j96812,最大加热速度9000012/s,峰值温度为50012的平均冷却速度是2035(2/s,转变时间为0.13s.(2)高强度钢激光焊的焊4t-裂纹分析高强度钢激光焊时会产生裂纹,激光焊使接头组织细

4、化而提高接头的抗热裂纹和冷裂纹的能力,但激光焊快速加热冷却的热循环特陛使碳当量较高的高强度钢接头出现传统焊接方法中不常出现的裂纹缺陷,尤其是焊接速2006/1度高的情况下,主要原因是:热循环特点增加了接头的金相分析的复杂程度,以致常规的cct图无法精确地解释激光焊接过程接头的相变行为;接头的硬度比传统的焊接方法高,奥氏体明显长大使接头易出现淬硬性组织,裂纹易产生;焊接过程的导热各向异性和凝固收缩使接头的焊接应力很大;快速冷却使焊缝凝固时杂质元素更趋于偏析,易形成对接头性能不利的氧化物夹杂.不过可以采取以下措施防止:预热和后热处理;填丝焊;采用高能半导体激光器;采用复合焊接技术.(3)高强度钢激

5、光焊接头的软化软化问题实际上是焊接热影响区性能变化的问题,这是焊接调质钢时的一个普遍问题,热影响区凡是加热温度高于母材回火温度至ael的区域,由于碳化物的积聚而使钢材软化.中碳合金高强度钢调质态焊接件经过激光焊后,在接头的热影响区产生软化的现象.激光焊接高强度钢时,可以通过采用大功率高焊速的大规范获得的haz宽度小,软化区窄,从而减少软化现象.根据激光热循环特性可知,高强度钢激光焊接比一般焊接方法焊接更容易控制软化现象.目高强度钢激光焊的疲劳特性分析(1)高强度钢的疲劳寿命特性分析钢材的疲劳寿命与其抗拉强度有关,随着抗拉强度的提高,疲劳强度也随之增加.图1表示各种不同钢种的周期屈服应力随着抗拉

6、强度增加而增加.高强度钢有着较高的周期屈服应力.图2表示热轧钢板的疲劳寿命特性,在低应变高周期方面高强度钢有相似的明显优越性,在高应变低周期方面析出强化型和低碳钢没有多大差别,双相钢则稍优.可以这么认为,低应变高周期的疲劳寿命为强度所支配,而高应变低周期的疲劳寿命则为塑性所支配,双相钢兼有两者的优越性.(2)高强度钢激光焊的疲劳特性高强度激光焊焊接接头,由于强度提高低周期疲劳强度增大,10周机械制造44卷第497期司孽抗拉强度/mpa图1不同钢种的周期屈服强度和抗拉强度的关系crlc冷轧低碳钢,hrlc热轧低碳钢,nit含氮钢,phos含磷钢,hsla高强度低合金钢,dp双相钢,ra回复退火钢

7、,qt淬火回火钢,hs高强度钢1o1o1o11o1o破断前周期数2nf图2不同的热轧高强度钢在不同应变下的疲劳特性1.双相钢2.析出强化钢3.析出强化50kg级4.低碳热轧钢板热影响区的平均硬度/hv图3热影响区硬度和焊接区疲劳强度的关系o0.15%c析出强化钢(加v),0.08%c析出强化钢(加v),口0.13%c析出强化钢(加ti),普通低碳钢期以上则与普通低碳钢板有相同的抗疲劳强度.热影响区的硬度和抗疲劳强度之间的关系如图3ylji:示,在低周疲劳时热影响区平均硬度越高,抗疲劳强度也越高.在106周期以上则与热影响区硬度无关,这点,高强度钢与普通碳钢没有不同.高周疲劳对于裂纹来说,焊接区

8、周围的缺口效应比热影响区更为主要,可能焊接区的几何形状是一重要因素.含磷钢的焊接接头的抗疲劳强度分布于普通低碳钢的分布范围内,也就是说含磷钢的焊接疲劳特性和普通低碳钢完全相同.圄高强度钢激光焊的耐腐蚀性分析一般来说,高强度钢的耐腐蚀性与低碳钢相当,但是由于采用高强度钢板后减薄了厚度,因此必须重视腐蚀问题,因为薄的钢板比厚的钢板较易锈蚀,而导致强度降低.因此高强度钢激光焊接后,还应该采用保护涂层,如镀锌,镀锌铬,镀锌镁或镀锌铝等以增加耐腐蚀性.但需注意:必须清除退火过程中表面残余碳层,涂层前须经磷化处理,磷酸盐也要很好清理,以保证钢板的清洁度.广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上海推进先进制造业优先发展.上海市经委于近iei讨论了2006年市经委推进<上海t优先发展先进制造业行动方案>工作安排计划(草案),并.研究出2006年推进先进制造业工作重点.t上海市经委副主任王坚要求,明年首先要围绕大基-地,大产业,大项目的推进和建设,立足五个战略重点,突出:.主导产业.着力抓一批体现国际竞争力和支撑上海发展的t?大项目,真正体现优先发展.其次要坚持两个优先的产业发:展方针,培育和发展具有集成能力的优势龙头企业,逐步形.?成以服务经济为主的产业结构.第三,要准确判断下一步的?发展趋势,加大部门间的沟通和协同,在产业基地建设,工:,业园区发展,产业支持政策和领军

10、人才等方面逐步形成规?范,形成共同推进先进制造业发展的合力.(严伟明):机械制造44卷4971日结论无论是碳钢或是经过合金强化的汽车用高强度钢,还是通过特殊冶金加工的汽车用高强度钢,在快速加热和冷却的激光焊接条件下使接头的硬度大大高于母材而容易产生裂纹,但可以改进工艺措施如填丝焊,复合焊,新激光焊等新工艺以防止裂纹.高强度钢激光焊接由于激光的再热作用使haz出现软化区,从而使接头性能发生改变,通过采用大规范焊接工艺可以减少.高强度钢激光焊接后疲劳特性与普通碳钢没多大改变,因此应用激光焊接高强度钢是完全可行的.高强度钢激光焊接后,耐腐蚀性虽然由于板厚变薄而有所下降,但可以通过采用保护涂层以增加抗腐蚀性,因此,激光焊接也是可行的.通过以上试验分析可以得出:采用激光焊接汽车用高强度钢无论在焊接性,疲劳特性,抗腐蚀性等方面,焊接接头的质量都是完全可以保证的,基于这些原因,采用激光焊焊接高强度钢,从而提高生产效率,确保焊接质量.参考文献1周振丰.焊接冶金学【m】.北京:机械工业出版社,19962羊秋林.汽车高强度钢的应用【j】.机械工程