工艺参数对点焊后先进高强钢(双向钢)点焊的组织和性能

1、项目编号:吉林大学“大学生创新性实验计划项目名称项负责人学院、年级、联系电话电子邮件指导教师姓名工艺参数对点焊后先进高强钢（双向钢）组织和性能的影响刘睿华专业材料科学与工程学院、2008级材料成型及控制工程13944161846754911213邱小明职称教授填表日期 2010年4 月 20 日项目名称工艺参数对点焊后先进高强钢（双向钢）点焊的组织和性能10申请经费（元）起止时间年 月至教学号姓名年级所在学院、专业联系电话E-mail43081202刘睿华08材料科学与工程学院1394416184675491121343081219聂春松08材料科学与工程学 加 成

2、员指 导 教 师4302121843081225姓名E-mail姬永峰魏阿娟邱小明0808学院qiuxmjlu.Edu.c n材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学与工程学院联系电话1894362955613944916034职称教名一、项目申请理由（包括项目背景及自身具备的知识、素质、能力和已参加过的研究等条件）项目背景：轻量化、节能、环保和安全是当今汽车技术的重要发展方向。材料及其相关应用技术是汽车 工业技术创新的重要内容和物质基础。轻量化材料和相关的应用技术在汽车上的应用是降低汽车 排放和提高燃油经济性的最有效措施之一。美国PNGV计划中，把材料和相关应用

3、技术作为三大关键技术领域之一。先进高强钢（Advaneed High Strength Steels, AHSS），以其强度高、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综合优势，迅速发展为汽车制造中应用前景最为 看好的轻量化材料之一。国外汽车轻量化材料研究和生产实践说明，应用的轻量化材料主要是先 进高强钢，它是保证安全和轻量化的基本材料。近年来，世界各大车厂的汽车逐步增加了先进高 强钢的使用量。传统的高强钢大多是通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段来提高钢的强度，而先进 高强钢（AHSS是指通过相变进行强化的钢种，包括微合金钢、超低碳加磷钢、烘烤硬化钢、双 相钢（DP钢

4、）、相变诱发塑性钢（TRIP钢）、复相钢（CP钢）和马氏体钢（Mart ）等，组织中含 有马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体，具有强度高、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综合优势，迅速发展为汽车制造中应用前景最为看好的轻量化材料之一。 钢板强度提高，板厚就可以减薄，从而有效减轻车重，使用高强度钢板代替原用钢板后，车身板厚可由1.0 1.2mm减为0.7 0.8mm,从而减轻车重达 15 % 20 %。随着先进高强度钢板在车身中的广泛应用，焊接技术问题变的日益突出。这是因为先进高强 钢是在低碳钢中添加少量的镍、铌和/或钛等合金元素，经过固溶体强化、析出强化、晶粒细化强化

5、和应变组织强化，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢 的强度。焊接过程中先进高强钢的塑性温度区间较窄，与传统普通低碳钢板点焊比较，为获得同 样的塑性变形需要较大的电极压力，这导致合适的焊接工艺范围变窄，电阻点焊工艺性能较难控 制，电极磨损剧烈、飞溅严重等问题相对突出。先进高强钢的焊接工艺和质量控制是各汽车生产 厂家与配件生产厂家急需解决的关键技术。本项目拟采用吉林大学焊接教研室开发的多功能智能监控系统为研究平台， 相钢）点焊作为切入点，开展点焊焊接性、工艺参数对熔核组织、性能的影响规律 价和认识超强材料的焊接性问题。 自身具备素质及知识能力以及参加过的研究：刘睿华

6、：申请项目的小组负责人，2008年以高出河北省重点录取分数线 入吉林大学，现就读于吉林大学材料科学与工程学院、材料成型及控制工程专业一年中学习努力刻苦，孜孜不倦，于2009年末获得吉林大学三等奖学金，以先进高强钢（双,从而辩证地评45分的优异成绩考12班。在过去的 同时还荣获了学校颁发的“文体活动奖”单项奖！在校期间，她不仅在学习上力争上游，同时积极参加各种学生活动， 曾参加并组织了包括 2008年材料学院迎新晚会， 社团百花节，吉林大学运动会等大型活动, 老师和同学们的认可。作为社团负责人的她，策划和举办了不少在校园内有一定影响的活动。在 2009年一年中获得吉林大学“优秀团员”，吉林大学“

7、优秀社团负责人”等荣誉称号，并在 年学院组织的辩论赛中荣获“最佳辩手”称号，同样在2010年参加学校组织的“先锋论坛”赛，也表现优异！魏阿娟：现就读于吉林大学材料科学与工程学院，材料成型及控制工程专业12班,考入吉林大学，高考成绩超出陕西省一本重点线52分，进入吉林大学后成绩优异，在获吉林大学三等奖学金。在过去的一年中积极参加各类活动，曾在学院组织的征文大赛中两次获 奖。参加了 2008级迎新晚会等文艺活动。姬永锋：现就读于吉林大学材料科学与工程学院，材料成型及控制工程专业 入学，高考成绩超出山东省一本重点线40多分，进入吉林大学后成绩优异，在校三等奖学金。此成员学习刻苦，做事细心，工图等学科

8、成绩都相当优异。聂春松：现就读于吉林大学材料科学与工程学院，材料成型及控制工程专业 入学，高考成绩超出河南省一本重点线60多分，进入吉林大学后成绩优异，在：三等奖学金。一直以来积极参加学生工作，并获得了吉林大学“社会工作奖”单项奖学金。参加此次研究的成员在学有余力的情况下对科学研究一直抱着极大的热情，希望在研究中开 阔自己的视野！本项目负责人和参加人已初步掌握完成本项目所需的材料学、力学金属学及热处理、材料成 型原理等基础理论知识及合金样品的制备、显微组织观察、力学性能检测等实验动手能力，具有 一定的自主研究和独立思考能力。并阅读了大量相关技术文献，积累了一些研究经验，因此有能 力完成项目提出

9、的各项研究任务。对于学校给与的这次机会非常珍惜，也希望通过这次计划能学 到更多的知识，各方面能力得到提高。得到2009辩论2008 年2009年曾12 班，2008 年2009年曾获学12 班，2008 年2009年曾获学校、项目研究内容 （目前研究的现状、主要研究内容，重点和难点及可能的创新点，研究思 路和方法等）2.1目前研究的现状高效率、低成本的电阻点焊技术在车身装配过程中的占相当大比例，先进高强度钢板的点焊 质量问题已受到国内外研究学者的密切关注。先进高强度钢板的点焊接头质量的不稳定及其检测 评价标准有待制定成为推广应用的技术瓶颈。目前各国焊接工作者对先进高强钢电阻焊的研究主 要集中在

10、各种高强钢的可焊性、焊接规范参数对焊点组织性能的影响、电极寿命、焊接程序和工 艺的优化等。英国 TWI材料连接技术全球中心的Shi,G等学者研究了高强钢点焊程序的修正以及母材强度和焊接淬火对焊点性能的影响；日本学者Otani,Tadayuki等对超细晶粒高强钢电阻点焊特性作了系统的研究，研究发现：这种由于高强钢在高温下的电阻率和强度与低碳钢不同，其点 焊时得到同样大小的熔核尺寸需要的焊接电流比低碳钢板更大，同时，这种钢板的碳当量很低， 虽然焊后熔核的主要组织是马氏体，但由于低碳成分限制了熔核硬化，因此这种材料的点焊接头 不经过回火就能得到高的拉剪强度和垂直拉伸强度；法国学者Mimer, M通过

11、试验研究提出了通过焊后回火工艺来改进高强钢和超高强度钢的电阻点焊性能的方法；美国学者研究了690 960M Pa高强双相钢点焊回火工艺，建立了用于指导几种高强钢电阻点焊的回火曲线图，并证明该回火图 是典型的等温 C曲线；日本焊接协会专门成立了先进高强钢点焊质量监控及检测研究小组，采用 弥散强化铜合金或通过对电极的低温处理等措施提高电极的使用寿命。600目前，先进高强钢在我国的应用过程中仍存在一定问题。首先是先进高强钢自主开发能力不 足，新产品的开发与生产主要依靠引进技术与装备，国内生产的先进高强钢的质量水平与国外存 在较大差距，不能满足国内汽车工业的发展需求。其次，先进高强钢的加工、成型和连接

12、技术还 处于实验室和试生产阶段。国内高校院所和生产企业开展的研究工作主要集中在强度级别在 800MPa钢种的焊接。2.2主要研究内容（1）研究先进高强钢的电阻点焊焊接性、分析先进高强钢点焊熔核的组织结构特点和性能;（2）焊接工艺参数对点焊熔核组织和性能的影响；先进高强钢的电阻点焊工艺参数优化；（3）基于智能温控诱导相变机制，实现先进高强钢点焊熔核组织加工历史再现； 2.3重点和难点先进高强钢（双相钢）是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷得到，亦即在 临界温度区间退火和随后的淬火，双相区退火温度决定了奥氏体的含量及其碳含量与奥氏体淬透 性；而冷却速度决定了奥氏体以何种方式完成转变，扩

13、散型或切变型，这些加工历史以及组织变 化将直接影响力学性能。在快速冷却过程中，奥氏体会完全转变成马氏体，从而达到了马氏体和 铁素体的室温组织。双向高强钢焊接，由于受到热作用，焊缝区组织将发生变化，母材局部重熔, 因此，保证焊缝组织与性能和母材一致，是项目的难点。2.4创新点运用点焊热过程智能控制与多脉冲调幅电流诱导相变技术，实现先进高强钢（双相钢）点焊 智能监控策略。2.5研究思路和方法（1）先进高强钢（双相钢）的焊接性研究：先进高强钢（双相钢）对点焊热作用十分敏感, 点焊过程中母材重熔，电极作用力和快速冷却将影响熔核的结晶状态和微观组织，结果反映到接 头的物化、力学性能。先进高强钢（双相钢）

14、的焊接性研究的基本前提是：确保搭接接头熔核的 成型质量：点焊无喷溅、无过热、压陷适度、熔核尺寸达标。基于点焊接头成型分析接头组织和性能。(2) 点焊工艺参数优化：点焊工艺参数相互关联性强，边界条件复杂，尤其是焊接电流、电 极压力和焊接时间的合理匹配更为重要。(3) 接头微观组织和力学性能分析：利用先进微观分析方法对点焊接头组织和诱导相变效果的评价，揭示组织变化对力学性能的影响规律，为优化工艺参数和控制技术提供理论和技术指导。注：此栏可附页三、项目进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统 计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩

15、和成果推广 等）（1）（2）2010.062010.092010.082010.112010.122011.012011.022011.032011.042011.05:查阅文献、准备试验材料；:研究先进高强钢的电阻点焊焊接工艺参数、先进高强钢母材的组织、点焊对母材组织的影响；:研究先进高强钢焊件的性能；:优化研究成果；:撰写实验报告，提交实验成果。四、拟利用资源（实验室、仪器设备、实验材料、资料等）材料学院加工实验室，点焊机，控制机床，微观镜像分析仪等实验设备。同时还可以在校内 计算中心、测试中心、微观分析中心、化学分析中心、物理与力学实验室等单位进行一些实验。 因此，从设备、仪器方面为本研究项目的顺利完成提供了有利条件。指导教师课题组从事相关研究积累了大量文献和资料，并通过网络检索各种资料。五、项目经费预算与用途（购置实验消耗材料（低值品）、资料、加工测试、打字复印、调研、 市内公交、论文版面费、专利申请费等经费开支）项目经费预算：1.0万元经费用途：.购置实验材料：0.25万元试样加工：0.15万元组织性能检测：0.2万元资料、复印、调研及论文版面费：0.4万元 合计：1.0万元六、