超高強(qiáng)度鋼激光焊接時(shí)的變形研究

刊名：Journal of Laser Applications（英）

刊期：2015年第27期

作者：Karl Fahlstrom et al

編譯：王瑩

輕量化逐漸成為汽車行業(yè)中的焦點(diǎn)。單位質(zhì)量的高強(qiáng)度鋼具有較高的強(qiáng)度、剛度和耐沖擊性，因此逐漸被引入到汽車中。隨著科技的發(fā)展，超高強(qiáng)度鋼（UHSS）在汽車工業(yè)中得到了多種應(yīng)用，如前后保險(xiǎn)杠梁、風(fēng)窗玻璃增強(qiáng)件、B柱加強(qiáng)件、地板和車頂加強(qiáng)件，以及車頂和前圍板橫梁等。這些部件的焊接傳統(tǒng)上采用電阻點(diǎn)焊，但為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率和部件強(qiáng)度而采用了激光焊接。由于材料中存在內(nèi)應(yīng)力，因此激光焊接件容易發(fā)生變形，導(dǎo)致裝配期間存在間隙和誤差使得接頭的質(zhì)量變差。

對(duì)汽車A柱和B柱結(jié)構(gòu)處的凸緣進(jìn)行激光焊接時(shí)，用光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地記錄變形；采用數(shù)字游標(biāo)卡尺測(cè)量最終的變形。此外，通過有限元仿真模擬在焊接過程中以及焊接結(jié)束后A柱和B柱凸緣產(chǎn)生的位移場(chǎng)，分析焊接過程中的變形。

研究結(jié)果表明，高強(qiáng)度鋼發(fā)生的變形模式主要是彎曲和橫向膨脹。單凸緣由于其不對(duì)稱的幾何形狀而產(chǎn)生縱向彎曲，雙凸緣遭受橫向膨脹。最大單凸緣變形與原始幾何形狀相比為約1.0mm，而最大雙凸緣變形達(dá)到8.0mm。焊接過程的熱輸入與變形的大小和接頭質(zhì)量有較大的相關(guān)性，且焊縫越長(zhǎng)將發(fā)生的扭曲越多。從生產(chǎn)的角度來看，常規(guī)的激光焊接使得零部件產(chǎn)生較大的變形，而間歇焊接控制能很好地改善這個(gè)問題。與游標(biāo)卡尺測(cè)量相比，采用光學(xué)測(cè)量技術(shù)的測(cè)量在焊接過程具有極大的潛力。本研究還確定了顯著影響材料扭曲大小和分布的參數(shù)，也驗(yàn)證了有限元模擬可用于分析超高強(qiáng)度鋼激光焊接時(shí)的變形。