汽车车身用高强钢板的热冲压及激光点焊技术

汽车车身用高强钢板的热冲压及激光点焊技术

董仕节一、汽车轻量化的迫切性二、汽车轻量化的关键技术三、高强度钢板的热冲压技术四、高强度钢板的激光点焊技术概述洁净化安全化轻质化舒适化信息化汽车技术的发展：一、汽车轻量化的迫切性一、汽车轻量化的迫切性1310kgAudiA4neu

2,0lAl-车身,Mg-变速箱外壳,Al-轻质轮毂,Al-底盘部件,高强度钢板,塑料件...-

110kg+160kg重量增加AudiA4

1,8l1260kgAudiA4

重量变化1994型2002型30%安全要求22%舒适性22%法规15%附件设备

8%

质量要求重量减轻汽车技术的发展---汽车的重量在攀升：一、汽车轻量化的迫切性随着汽车业持续快速发展，

我国能源危机的趋势凸现!

94年2004/2008年石油消费总量(亿吨)净石油进口国美国中国日本中国2.5/3.99.2/8.82004年我国进口石油超过1.2亿吨。我国汽车保有量2020年将达到1亿3千万辆，届时石油总消耗将达到4亿5千万吨。汽油消费结构85%15%汽车消费其他2.5/2.2一、汽车轻量化的迫切性环境污染成为制约汽车发展的重要因素!

CO、CO2、NOx、SOx、臭氧以及各种颗粒物

目前世界上空气污染最严重的10个城市中有7个在中国。75%25%汽车尾气其他一、汽车轻量化的迫切性解决能源与环境双重危机势在必行！新能源汽车汽车轻量化混合动力汽车二甲醚等代用燃料汽车汽车电子传统汽车升级换代解决方案高强度钢与铝镁合金及轻量化结构应用应用应用能源危机环境污染一、汽车轻量化的迫切性燃油消耗可

减少6%-8%轻量化的意义轿车重量减轻10%实现节能减少排放实现环保目标一、汽车轻量化的迫切性

20世纪90年代，世界范围内的35家主要钢铁企业合作完成了“超轻钢质汽车车身”（ULSAB－UltraLightSteelAutoBody）课题。该课题的研究成果表明，车身钢板的90%使用现已大量生产的高强度钢板（包括高强度、超高强度和夹层减重钢板），可以在不增加成本的前提下实现车身降重25%（以4门轿车为参照），且静态扭转刚度提高80%，静态弯曲刚度提高52%，第一车身结构模量提高58%，满足全部碰撞法规要求。

高强度钢板在车身上应用国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性创新设计先进工艺

激光拼焊板管件液压成形高强度钢板在车身上应用----ULSAB国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性高强度钢板在车身上应用----ULSAB

2000--------2005--------2010国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性奥迪A2：采用全铝骨架车身和铝合金蒙皮结构，使其总重量减少到825kg，比采用传统钢材料车身减轻了43%。

AudiA2车身骨架（ASF）重量仅249kg一、汽车轻量化的迫切性梅赛德斯-奔驰新款SLRMclaren：高性能跑车几乎完全由碳纤维复合材料制成。纵梁、乘员舱也完全由碳纤维复合材料制成，在发生碰撞时可吸收所有的碰撞能量，从而确保乘员舱完好无损。复合材料在汽车上的应用国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性雷诺Avantime车身塑料件国外汽车轻量化技术研究日新月异一、汽车轻量化的迫切性玻璃重量:4,4kg下端板块NorylGTX964重量:2,1kgTopspoilerNorylGTX964重量:1,0kg举升门总成门板内饰PP/Dilour重量:0,8kg结构GMTPPGF40重量:7,0kgMercedes-BenzA级车后举门国外汽车轻量化技术研究日新月异汽车轻量化基本途径优化汽车结构，减少零部件数量（使零部件薄壁化、中空化、小型化及复合化等）采用轻量化材料（高强度钢板、铝镁合金、复合材料等）二、汽车轻量化的关键技术应在保证汽车整体性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量。轻量化汽车必须满足耐撞安全性、NVH等性能。汽车轻量化必须兼顾质量——性能——成本。汽车轻量化的要求二、汽车轻量化的关键技术整车碰撞有限元模型有限元网格在前处理程序Hypermesh中完成计算在ANSYS/LS-DYNA中进行。

整车有限元模型:碰撞二、汽车轻量化的关键技术正面碰撞仿真与实验比较碰撞二、汽车轻量化的关键技术侧面碰撞整车有限元模型整车侧面碰撞有限元模型侧面碰撞假人采用的是EuroSID侧面碰撞假人。

碰撞二、汽车轻量化的关键技术轻量化前车身焊点疲劳寿命（循环次数）分布云图疲劳最短寿命均出现在后减震弹簧座本体与后地板前横梁本体之间焊点二、汽车轻量化的关键技术共有249个零件单元总数347105刚度二、汽车轻量化的关键技术三、高强度钢板的热冲压技术减薄和高强是恶化成形性的双重因素(不仅产生开裂而且产生过量回弹)传统的冲压工艺对高强度钢板束手无策热冲压技术使其在车身上应用成为可能热冲压技术是有瑞典的HardTech公司于20世纪80年代提出并于近年实现产业化的新技术。冷冲压热冲压三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术两种典型的热冲压工艺三、高强度钢板的热冲压技术热冲压过程中的组织变化三、高强度钢板的热冲压技术试验设备三、高强度钢板的热冲压技术不同应力下的轴向应变（700℃）破坏件的真实应变三、高强度钢板的热冲压技术热冲压实验是实验件的温度分布600℃下介稳奥氏体的成形极限图三、高强度钢板的热冲压技术CoolingRate(K/S)1×105Pa：22.12×105Pa：32.13×105Pa：48.84×105Pa：56.65×105Pa：62.96×105Pa：68.37×105Pa：73.18×105Pa：101.2三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术三、高强度钢板的热冲压技术T=950℃andPrestrain=0%CoolingRate(k/s)

(a):22.1;(b):32.1;(c):48.8;(d):56.6;(e):62.9;(f):68.3;(g):73.1;(h):101.2三、高强度钢板的热冲压技术T=800℃andPrestrain=17%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高强度钢板的热冲压技术T=800℃andPrestrain=17%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高强度钢板的热冲压技术Coolingrate:22.132.148.856.6T=800℃andPrestrain=8%三、高强度钢板的热冲压技术Coolingrate:62.968.373.1101.2T=800℃andPrestrain=8%三、高强度钢板的热冲压技术Coolingrate:22.132.148.856.6T=600℃andPrestrain=17%三、高强度钢板的热冲压技术T=600℃andPrestrain=17%CoolingRate:62.968.373.1101.2三、高强度钢板的热冲压技术T=600℃andPrestrain=8%Coolingrate:22.132.148.856.6三、高强度钢板的热冲压技术T=600℃andPrestrain=8%Coolingrate:62.968.373.1101.2三、高强度钢板的热冲压技术22.132.144.856.662.968.373.1101.2K/S三、高强度钢板的热冲压技术四、激光点焊技术激光点焊与电阻点焊的对比：激光点焊的优点：1、热影响区小，无污染，焊接质量高；2、焊接具有高精度、高柔性；3、不需要较多的辅助设备，能较快适应产品变化；4、属于无接触焊接，焊点的间距、搭接量变化范围大；5、激光的可达性好，可以减少点焊时位置和结构上的限制；6、点焊速度快、精度高、热输入量少、变形少。缺点：焊点表面存在金属堆积、中心存在匙孔，有时也会产生金属挥发造成成分不均匀。四、激光点焊技术四、激光点焊技术激光焊点的表面形貌和剖面照片四、激光点焊技术不同材料的激光焊点形貌四、激光点焊技术激光点焊的工艺参数：焊接时间激光的功率离焦量焊件的间隙四、激光点焊技术焊接时间的影响：不同功率下时间对熔合面直径和上表面直径的影响但时间的增加使上表面的塌陷和下表面的内凹深度都明显增加四、激光点焊技术激光功率的影响：激光功率对焊点尺寸的影响远大于焊接时间四、激光点焊技术离焦量：离焦量的变化直接改变焊接光斑直径和能量密度的大小。一般来讲，焊点最大尺寸都出现在负离焦方向,这是由于在表面光斑直径相同的情况下,负离焦时光束在匙孔内聚焦的能量密度随着匙孔深度的增加是不断增大的。四、激光点焊技术不同正的离焦量对焊点形貌的影响四、激光点焊技术焊件间隙：焊件间隙对于点焊熔核的形成有很大影响,进而影响焊点强度。焊件间存在间隙时,焊点正面和背面中心分别出现下塌和内凹,焊件间间隙越大,下塌和内凹越严重,焊点的整体变形也越大。随焊件间隙的增加焊点强度下降。主要是由于随着间隙的增加,在填充间隙的金属总量变化不大的情况下,熔合面必然产生收缩,从