基于光纖激光焊接的雙相鋼與高強度低合金鋼連接焊接面疲勞特性分析

DennisParkesetal.SAE 2014-01-0990.

編譯：王祥

為降低汽車使用時對環(huán)境的影響，進行了多種關(guān)于改善汽車燃油經(jīng)濟性的研究，其中最有效的方法就是實現(xiàn)汽車輕量化，但簡單地降低汽車材料使用量會使汽車的安全性降低，因此需要采用高強度合金材料。先進高強度鋼因其具有優(yōu)良的強度特性、良好的延展特性和成形特性，使其成為替代傳統(tǒng)高強度鋼的首選材料。然而，要實現(xiàn)汽車中多種鋼材的使用，不僅需要解決這些材料的焊接問題，而且需要對材料焊接處的力學(xué)特性進行分析。選擇先進高強度鋼中的DP980（雙相鋼）以及傳統(tǒng)高強度鋼中的HSLA380（高強度低合金鋼）為原材料，研究如何實現(xiàn)異種金屬間焊接及對其焊接處的力學(xué)特性進行分析。

選擇DP980作為輕量化的替換材料，主要是由于其最大抗拉強度不小于980MPa，且伸長率高達14%。光纖激光焊接具有較低的維護成本，以及較高的效率、精度和可靠性，因而選擇該焊接方法進行了DP980與HSLA380的焊接。通過試驗對異種金屬間焊接處的力學(xué)特性進行分析，選用厚度為 1.2mm的 DP980板件與HSLA380板件。焊接時，使用俄羅斯IPG光子公司生產(chǎn)的YLS-6000光纖激光焊接系統(tǒng)。焊接設(shè)定了兩種焊接參數(shù)：①設(shè)定焊接速度為20.5m/min、激光功率為4kW、焊接熱輸入量為9.76J/mm2；②設(shè)定焊接速度為16m/min、激光功率為6kW、焊接熱輸入量為18.75J/mm2。在拉伸試驗室中，對焊接后的部件進行拉伸和疲勞試驗。拉伸試驗在室溫下進行，通過一個液壓伺服系統(tǒng)，控制應(yīng)變速率為0.001/s。疲勞試驗也在室溫下進行，設(shè)定循環(huán)應(yīng)力比為0.1，加載頻率為50Hz。采用掃描電子顯微鏡對斷裂面進行掃描，查看拉伸斷裂和疲勞斷裂特征。結(jié)果顯示：①兩種焊接條件下的材料拉伸特性非常相似；②第一種焊接條件下焊接處具有較多的貝氏體組織，因而其焊接處強度略高于第二種焊接條件下的焊接處強度；③第一種焊接條件下材料焊接處存在多處小凹陷，因而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊接處的疲勞壽命較低。