【摘 要】
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汽车工业的发展给人类带来便利的同时,随之而来的环境污染、能源短缺等问题也日益严重,在车身中使用高强钢既可以提高车辆安全系数,又能降低碳排放,符合汽车轻量化的发展要求。激光焊接具有热影响区窄、热效率高、焊接变形小、焊缝质量高等优点,逐渐成为汽车用高强钢连接的研究热点。本文通过合理的热处理工艺制备出高强度TRIP钢、TWIP钢,利用IPGYLS-6000光纤激光器对实验材料进行了激光焊接,研究了热输入
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汽车工业的发展给人类带来便利的同时,随之而来的环境污染、能源短缺等问题也日益严重,在车身中使用高强钢既可以提高车辆安全系数,又能降低碳排放,符合汽车轻量化的发展要求。激光焊接具有热影响区窄、热效率高、焊接变形小、焊缝质量高等优点,逐渐成为汽车用高强钢连接的研究热点。本文通过合理的热处理工艺制备出高强度TRIP钢、TWIP钢,利用IPGYLS-6000光纤激光器对实验材料进行了激光焊接,研究了热输入对TRIP-TRIP、TWIP-TWIP、TRIP-TWIP焊接接头的组织转变及性能的影响,针对焊接后性能降低的焊接接头进行了工艺改进,主要研究内容及结论如下:对于TRIP钢同种焊接而言,焊缝区和热影响区生成了大量的板条马氏体组织,导致焊接接头的硬度增加,塑性和成形性能均低于母材。对于全熔透的焊缝,拉伸实验断裂在母材处,焊接接头的强度与母材一致。随着热输入的增加,焊接接头的宽度增大,导致焊接接头的塑性下降。在热输入为80J/mm2时焊接接头的性能最好,抗拉强度为795MPa,延伸率为25.6%,强塑积为20.4GPa·%,达到母材的91.0%,杯突值为7.2mm,达到母材的82.8%。对于TWIP钢同种焊接而言,焊缝区组织为粗大的柱状晶奥氏体组织,热影响区无相变发生,奥氏体晶粒由4.3μm粗化为8.7μm,焊缝区和热影响区发生软化。所有热输入条件下的拉伸试样均断裂在焊缝处,强度与塑性远低于母材,分析认为这是由于柱状晶奥氏体强度不足造成的。形成全熔透焊缝时,随着热输入的增加,焊接接头的力学性能下降。热输入为60J/mm2时焊接接头的性能相对最佳,抗拉强度为670MPa,延伸率为22.3%,强塑积为14.9GPa.%,仅为母材的40.7%,杯突值为8.9mm,达到母材的93.8%。在热输入为60J/mm2焊接时加入TRIP钢进行工艺改进,焊缝区组织由单相奥氏体组织变为奥氏体与少量马氏体的混合组织,一方面异种材料的加入打破了熔池中单相结晶的生长过程,细化了焊缝区的晶粒尺寸;另一方面马氏体作为强化相也提高了焊接接头的性能。加入0.1mmTRIP钢后,焊接接头的强塑积增长了 25.9%。焊接接头的成形性能也有所改善,由沿焊缝开裂变为垂直于焊缝开裂。对于TRIP-TWIP钢异种焊接接头,母材成分差异和熔池快速凝固的特点导致了焊缝区的组织与元素不均匀性。焊缝内部发生了合金元素尤其是Mn、Al元素的偏析,导致低Mn区生成马氏体组织,高Mn区为奥氏体组织。热输入为60J/mm2时焊接接头具有最好的力学性能与成形性能,拉伸实验断裂在TWIP钢母材处,其余均在焊缝处断裂分析认为在这一热输入条件下焊缝区的两相组织达到了最佳的比例,焊接接头的抗拉强度为745MPa,延伸率为44.3%,强塑积为33.0GPa·%,杯突值为6.0mm。进行偏束焊接工艺改进后,焊缝区分别形成了马氏体单相（向TRIP一侧）和奥氏体单相（向TWIP一侧偏）组织,成形性能分别提高8.3%和26.7%。其中偏向TRIP一侧时力学性能与激光居中焊接时相当,抗拉强度为746MPa,延伸率为41.6%,拉伸实验断裂在TWIP母材处,但激光偏向TWIP钢一侧时拉伸实验断裂在焊缝处,力学性能严重下降,抗拉强度为709MPa,延伸率仅为18%,这同样是由于奥氏体强度不足造成的。
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