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2205双相不锈钢激光焊焊接接头的组织和性能特征
发布者: 发布时间:2019/8/4 阅读:25

 为了研究2205双相不锈钢激光焊焊接接头的组织和性能,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计等对焊接接头进行组织和显微硬度表征,结果表明焊接接头存在软化区和硬化区,软化区为焊接接头薄弱区域,熔合区马氏体和热影响区马氏体回火分别导致了焊接接头硬化区和软化区的形成,有限限制分析可对焊接板冲压时的失效进行有效预测。

 为增强汽车车身安全性能,同时减轻车身质量以降低燃油消耗,高强钢在车身制造中的应用越来越广泛,尤其是先进高强钢如双相不锈钢,该钢种具有高强度和良好的塑性,在车身碰撞时通过自身的变形来吸收能量将对乘客的伤害降到最低,而双相不锈钢由于具有低的屈服强度、高的抗拉强度、高的初始加工硬化速率、高的均匀伸长率等性能特点在汽车白车身制造中所占的比例越来越高,是先进高强钢中的代表钢种,因此很多钢厂都在致力于该类钢种的研发和生产,在车身制造中,双相钢拼焊板应用广泛,由于拼焊板冲压成形具有良好的经济性、高装配精度、可减轻车身质量等多种优势,在车门内板、车底板、B柱以及测梁等结构中应用广泛。随着车身轻量化要求越来越高,激光在汽车零部件制造中的应用越来越广泛,尤其在连接领域,与其他焊接方法如电阻点焊、气体保护焊等相比,激光焊拥有良好的成形外观、简单、灵活、可靠等优点。在对双相钢激光焊的相关研究中发现,双相钢的强度越高,焊接接头的亚临界区软化越严重,且接头的拉伸性能会明显恶化。采用高质量的YAG激光对镀锌DP980进行焊接,评估了焊接接头的组织和机械性能对成形性能的影响。

 试验钢种为2205双相不锈钢,厚度为1.2mm。成分如表所示,母材的SEM(扫描电子显微镜)组织如图所示。基体组织为软相铁素体(黑色),同时分布有岛状硬质相马氏体(浅色),统计该双相钢中含有约50%的马氏体,马氏体含量决定了钢种的强度,如表所示。采用YAG激光作为焊接热源,焊接速度为3m/min,焊后取横向试样,打磨抛光腐蚀后进行组织观察,并垂直焊缝方向测试显微硬度,载荷为5N,加载时间为15秒。采用万能试验机开展焊板的有限圆顶高度试验(LDH),冲头直径为Φ101.6mm,LDH试验示意见图,试验板材尺寸为190mm×190mm,焊缝位于中心位置,焊接板料放置在压边圈上,板料用压边圈固定,测试时,冲头的运动速度为2mm/分钟,当材料出现明显的颈缩或开始开裂时就停止冲头运动,同时要保证施加的压边力足够大以避免冲压过程中板料流动。

 焊接接头宏观形貌以及硬度分布如图所示,基于硬度特征,将整个焊接区域划分成熔合区、硬化热影响区、软化热影响区以及基体。熔合区显微硬度高于母材,平均值为417HV,对于本研究钢种的碳含量,通过经验公式计算,马氏体的显微硬度为413HV,试验数据和计算数值的对比表明熔合区为完全马氏体相。焊接接头中硬度最高值出现在紧邻熔合线的热影响区,该区的组织也为板条马氏体,但是尺寸要明显细于熔合区,如图所示,这可能是该区显微硬度较高的原因。HM=884C+294式中,HM为马氏体的显微硬度;C为固溶碳含量。

 对于焊接时出现的热影响区软化现象,主要是基体中的马氏体在焊接热循环作用下分解所致,分解的程度或软化的程度与成分及焊接工艺相关,在软化区,焊接时热循环的峰值温度低于奥氏体化开始温度,因此富碳的马氏体不会发生奥氏体化,在热作用下会发生分解,本试验中软化区的硬度平均值为269HV,低于基体硬度25HV。通过扫描电子显微镜下对基体和软化区组织对比发现,马氏体的形貌发生了明显变化,如图所示,相比之下,铁素体的形貌变化不明显;可以认为在激光焊的焊接热循环作用下,铁素体的组织变化所引起的硬度变化对软化区的硬度降低贡献要小于马氏体分解所带来的软化,根据混合率定律计算可知,软化区马氏体的硬度在焊接前后降低大约为50HV。而通过纳米压痕对铁素体和马氏体在焊接前后的硬度测试发现,该钢种的电阻点焊也出现相似的情况,即铁素体的硬度在焊接前后变化不显著。

 
 

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