差厚高强度钢激光拼焊板焊接工艺与成形性能研究

论文摘要

差厚高强度钢激光拼焊板在汽车制造业的应用大大推进了车身轻量化进程,在提倡环保节能的今天,这项技术符合可持续发展的战略,因此必定受到许多汽车制造商的关注。由于差厚高强度钢板的激光焊接存在一定难度,焊接质量的好坏直接影响其力学性能,因此研究不同焊接工艺对差厚高强度钢激光拼焊板的影响十分重要。本文以对焊缝及热影响区显微组织分析为主线,研究了焊接工艺参数、焊缝显微组织以及焊接件力学性能之间的内在规律,为差厚高强钢激光焊接实际应用提供了理论指导。第二章通过函数编制及坐标转换将Steen W M的点热源叠加线热源模型参数化,引入到差厚高强钢激光焊接研究中,计算获得焊缝理论轮廓线,将其与实际焊缝轮廓线对比吻合良好;通过该模型计算获得不同参数下的热循环曲线。第三章对差厚高强钢进行激光焊接试验。采用第二章的数学模型推导理论焊接工艺参数,结果表明:在理论参数指导下只需在焊接现场进行少量的参数调试即可获得较为准确的实际焊接工艺参数,有效地避免了焊接参数设计的盲目性。第四章结合第二章焊接热循环曲线,研究了不同焊接功率、焊接速度以及焊接热输入量对纵向焊缝焊接件显微组织和显微硬度的影响规律。结果表明:①焊接功率和焊接速度的变化均会导致热影响区宽度变化;②焊接功率的变化引起焊缝中粒状贝氏体数量以及渗碳体颗粒数目和尺寸变化,导致材料的力学性能出现差异;③焊接速度对晶界铁素体析出量和析出形态有较大影响;④HAZ晶粒增长趋势受激光热输入影响,采用小的线能量可抑制晶粒长大倾向。第五章通过单向拉伸试验研究不同焊接工艺参数下焊接件的力学性能,并且结合第四章的微观结论详细解释了不同焊接工艺参数对力学性能的影响规律。结果表明:①在焊接质量合格的情况下,适当的增加焊接速度,可以提高焊接件的塑性和韧性;②焊接功率大的焊接件塑性较差;③随着热输入量的增加,真实应力—应变曲线也随之升高,表明焊缝的塑化能力随着热输入量的增加而减小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高强度钢激光拼焊板应用现状
• 1.3 高强钢激光焊接存在的难点
• 1.3.1 焊缝气孔
• 1.3.2 焊接裂纹
• 1.3.3 HAZ软化
• 1.3.4 HAZ晶粒长大
• 1.3.5 焊接接头非平衡组织
• 1.4 国内外高强钢激光焊接及成形性能研究现状及存在问题
• 1.5 本课题研究的目标及内容
• 第二章 差厚高强钢激光拼焊板焊接温度场研究
• 2.1 前言
• 2.2 激光焊接原理
• 2.2.1 激光热传导焊
• 2.2.2 激光深熔焊
• 2.3 激光深熔焊接数学模型的发展
• 2.4 激光深熔焊接热源模型的建立
• 2.4.1 点热源叠加线热源模型
• 2.4.2 模型求解
• 2.5 本章小结
• 第三章 差厚高强钢激光拼焊板焊接试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验材料
• 3.3 试验条件
• 3.3.1 激光焊接设备
• 3.3.2 焊接夹具设计
• 3.4 试验方法
• 3.4.1 基本焊接工艺参数的确定
• 3.4.2 焊接工艺参数设计
• 3.5 试验内容
• 3.5.1 激光焊接
• 3.5.2 金相组织检验分析
• 3.5.3 显微硬度试验
• 3.6 本章小结
• 第四章 差厚高强钢激光拼焊板焊缝显微组织研究
• 4.1 前言
• 4.2 激光焊接高强钢接头微观组织分析
• 4.2.1 激光焊接焊缝接头微观形貌分析
• 4.2.2 激光焊接焊缝显微组织分析
• 4.2.3 激光焊接热影响区微观组织分析
• 4.3 HAZ晶粒增长机制
• 4.3.1 晶粒增长机理分析
• 4.3.2 焊接线能量对HAZ晶粒尺寸的影响
• 4.4 显微硬度结果
• 4.4.1 不同焊接功率下硬度分布
• 4.4.2 不同焊接速度下硬度分布
• 4.5 本章小结
• 第五章 差厚高强钢激光拼焊板成形性能试验研究
• 5.1 拉伸性能试验研究
• 5.1.1 试验设备
• 5.1.2 试验方法
• 5.1.3 试验结果分析
• 5.2 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录