车用双相钢DP780的激光焊接接头组织性能研究

论文摘要

双相钢成本低、加工硬化率高、屈强比低,并且能够连续屈服,具有优良的冲压和成形性能,已经被广泛地应用于汽车制造领域。相对于传统焊接方法,双相钢的激光焊接具有能量集中、软化区窄、生产效率高等优势,正在成为双相钢焊接的主要手段。在双相钢的实际部件应用中,接头组织及性能必须要满足需求。因此研究双相钢激光焊接接头组织性能对于深入了解双相的焊接性以及促进双相钢的激光焊接的实际应用具有重大意义。本文首先采用4000W盘片式Yb:YAG固体激光器,利用激光深熔焊原理对1.2mm厚的先进高强钢DP780进行激光对接焊研究。并采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析测试手段,研究了焊接接头的微观组织,并总结了激光焊接参数对接头组织与力学性能的影响规律。通过扫描电镜观察发现,焊缝主要由板条马氏体、低碳贝氏体及残余奥氏体构成,板条马氏体的存在大大提高了焊缝的显微硬度。为确定焊缝中马氏体的含量,试验采用彩色金相分析技术,首先确定了焊缝中马氏体与残余奥氏体的体积分数,然后通过微区X射线衍射分析技术,进一步测得残余奥氏体的含量,最终确定焊缝马氏体的体积分数。实验得出:焊接速度提高,能使得马氏体体积分数增加,这是因为较大的冷却速度提供了更大的过冷度,使得更多的低碳相转变成板条马氏体组织。实验还通过透射电镜观察了焊缝中马氏体、贝氏体及残余奥氏体的形貌,发现提高焊接速度,能使得马氏体与贝氏体的宽度减小。焊缝显微硬度是母材的1.6倍以上,焊接接头存在热影响软化区,软化区的形成是由于在焊接热循环的作用下,经控轧处理的双相钢中储存的大量畸变能释放出来而发生形变回复和再结晶。拉伸试验中,焊接接头均断裂于母材而不是软化区,是因为激光焊接时软化区较窄且显微硬度下降只有1%左右。杯突实验中,激光功率为2000W、焊接速度2m/min、4m/min时,焊接接头撕裂发生在垂直于焊缝部位,此时焊缝硬度值的升高是接头成形能力下降的主要原因。激光功率4000W、焊接速度2m/min时,撕裂沿软化区发生,此时较宽的软化区导致了焊接接头成形能力的下降。搭接焊实验采用的是3500W Slab CO2激光器,利用内层He气、外层Ar气的双层气体保护。研究表明,随焊接速度增加,焊缝宽度变窄,焊接接头的最大剪切力减小,但剪切强度提高。这是因为焊接速度增加能使得焊缝中低韧性上贝氏体含量减少,从而提高了焊缝的强度。通过优化搭接焊形式能提高焊接接头的最大剪切力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 双相钢的特点及应用
• 1.1.1 双相钢的产生与发展
• 1.2 双相钢的焊接
• 1.2.1 双相钢的焊接特性
• 1.2.2 双相钢焊接的研究现状
• 1.3 双相钢的激光焊接
• 1.3.1 激光焊接工艺及特点
• 1.3.2 双相钢的激光焊接的研究现状
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 激光加工系统
• 2.2.2 组织分析及性能测试设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 DP780 激光对接焊实验
• 2.3.2 DP780 激光搭接焊实验
• 第3章 DP780 激光对接焊实验
• 3.1 工艺参数选择
• 3.2 工艺参数对焊缝成形的影响
• 3.2.1 焊接速度对焊缝成形的影响
• 3.2.2 激光功率对焊缝成形的影响
• 3.3 焊接接头性能
• 3.3.1 焊接接头抗拉强度
• 3.3.2 焊接接头显微硬度
• 3.3.3 焊接接头成形性
• 3.4 焊接接头组织
• 3.4.1 扫描电镜分析
• 3.4.2 彩色金相分析
• 3.4.3 透射电镜分析
• 3.5 小结
• 第4章 DP780 的激光搭接焊
• 4.1 焊接工艺控制
• 4.1.1 装卡形式
• 4.1.2 保护气
• 4.1.3 焊缝成形
• 4.2 接头性能测试
• 4.2.1 显微硬度
• 4.2.2 剪切强度
• 4.2.3 剪切断口分析
• 4.3 接头组织
• 4.4 搭接焊形式对接头性能的影响
• 4.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢