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研究1500MPa高强度钢的CO2激光焊接在汽车上的应用
摘要：
本文目的:介绍了机械和冶金特性的激光焊接在汽车钢高强度从370MPa 到1500MPa之间的应用。
设计方法:进行高强度钢板对接焊接用二氧化碳激光与6千瓦输出功率。对声音和全熔透焊缝,选择适当的焊接条件和横断面珠形状、抗拉强度、硬度和微观结构对每个案例进行评估。
发现:激光焊接是一个低热量输入的过程,因为它高热量密度和焊接速度。但对超高强度钢的激光焊接强度780 MPa,显微结构观察在HAZ软化(热影响区),造成溶解马氏体。
实际意义:超高的抗拉强度降低激光焊接强度应考虑被应用在车身结构的设计。发生的热影响区软化对接焊接可以减少搭接接头焊缝的拉伸剪切强度,这主要是公司主要用于车身(白车身)结构。
创意/价值:本文定量表明HAZ软化的发生和降低抗拉强度激光焊接汽车钢强度780 MPa等等的研究。
关键词:激光焊接;汽车;高强度钢材,热影响区软化。
参考本文应在以下方式:学术界，金,j，崔蔡明，。Kang Y.-D，公园,研究1500 MPa高强度钢的CO2激光焊接特点为汽车方面所应用，成果材料和制造工程杂志，39/1(2010)79 - 86。
1、介绍:
汽车行业不断努力开发轻型汽车来解决全球变暖。轻量化的车辆,他们关注材料将越来越多地从传统的钢铁更高级的材料,如高强度钢,铝合金,增强塑料。在先进材料,高强度钢材,成本优势和力量,能够确保碰撞安全,因此成为最首选材料。因为高强度钢通常更有利的成形性,双相钢(DP)的应用和使用、相变诱导塑性钢(TRIP),复杂的阶段(CP),马氏体钢,和硼钢,提供强度和成型性能,正在稳步地上升[1 - 5]。焊接汽车车身,电阻点焊是迄今为止主要应用,但随着新型钢铁材料的发展和演化的焊接工艺,加入新技术正在研究中。激光焊接应用于不同材料和不同厚度的材料像拼焊(材质)[3 – 6]。此外,与最近的进化激光技术,各种激光被应用于焊接[7-13]。本研究旨在进行对接焊接钢材料强度370 MPa和1500 MPa之间使用二氧化碳激光焊接和调查为每种材料类型激光焊接的特点。
- 研究步骤
为了实现激光焊接,CO2激光是垂直地照射于基础材料,如图1所示。这里的焦距为250 mm,重点是基础材料金属表面,而激光输出功率6千瓦。氦用作保护气, 通过气体喷嘴提供20 1/分钟的速率。
如表1所示，通过使用钢板的拉伸强度是370兆帕和1500兆帕之间进行对接焊接。里面的钢，这是热轧钢，具有强度相对较低，370 MPa和440 MPa之间，相比，本实验使用其他钢材料，其厚度为1.8毫米。作为DP和TRIP钢，材料具有590 MPa和780 MPa，分别进行。在CP钢组成的各个阶段，采用1180 MPa的床单，而usibortm钢的强度，一种热冲压钢，提高到了1500 MPa进行烫印后，由于硼的加入。焊接速度，使充分渗透，根据每一个材料的厚度，并进行对接焊接。
图一
焊后，每个标本检查焊接缺陷，如焊件上孔，通过X射线传输测试，然后进行抗拉强度试验。焊接后的X射线透射试验和抗拉强度试验的结果如图2和表2所示。
利用显微硬度计应用200克的负载和测量显微硬度分布。对基体材料（BM），热影响区（HAZ），和焊缝金属（WM），用光学显微镜观察到的微观结构，并对焊接件进行扫描电镜分析。
- 热轧钢车用钢saph370-440
激光焊接是在370和saph440进行粉具有相对低强度的板材。由此产生的珠形状图3和图4所示的硬度。它可以确认的焊缝金属的硬度增加与基体材料相比，两者的微观结构在母材，热影响区和焊缝金属试样，如图5和图6。saph440有更多的合金的性能370、具有比粉，晶粒细小，但它一般显示相似倾向。至于碱金属，其基体相包括铁素体和珠光体在晶界处有部分的观察。在
焊接热影响区，部分或全部从铁素体向奥氏体转变根据所产生的热量，使用激光的区域发生焊接，结构显示一种混合的马氏体和铁素体由于快速冷却。至于里面370钢板焊缝金属，晶界铁素体（石墨）是在大量的，因为它去通过冷却后熔化，并含有一些贝氏体。焊接金属硬度，如图4所示，大致为230，说明淬透性是不是很大，根据低合金元素即使在高冷却速度的激光焊接。马氏体结构发现在焊缝金属的焊接硬度升高金属。相反，在saph440焊缝金属组织钢片由马氏体和贝氏体混合组成归因于合金元素含量高的增加淬透性，其硬度水平升高到370 HV。
4、DP和TRIP 590钢
图7给出了激光焊缝形状DP590强度为590 MPa和跳闸590钢，和硬度分布如图8所示。如图9所示，DP 590钢有铁素体基体相的形成与马氏体的发现与边界双相。然而，如果热的影响超出了A1相变点的部分，在第二点，HAZ的硬度水平最终随铁素体基体相转变为奥氏体，导致最终的结构组成的马氏体或贝氏体冷却后形成。点3和4，那里有更大的热影响，被加热过的奥氏体转变温度，然后迅速冷却下来，从而大多是马氏体结构被发现。在点3处，最大加热温度范围从900到1100，显示出良好的结构。在焊缝金属中，只观察到马氏体结构，没有DP钢的性能。
在图中可以得到证实，590TRIP钢的基体为铁素体，这是类似于DP，和贝氏体是分布在一个链形状的边界，而在边界出现残余奥氏体和马氏体。铁素体的体积分数降低，从2点的热量被施加，和它主要由贝氏体，和点3和4，其中影响热超过紧缩ʼ的相变温度（AC1）。加热后的焊缝金属温度表明大部分硬质马氏体组织的形成，类似于DP钢[ 14，15 ]。
5、DP780和CP111180钢
图11和图1显示激光焊件的形状和用钢和1180钢DP780 CP的硬度分布。与上述590兆帕级钢板相比，他们特点是明显的软化引起的减少在热影响区的硬度。在图13中可以得到证实，DP 780
钢结构形式类似，DP 590钢，并具有马氏体体积分数较大，晶粒尺寸矩阵的铁素体尺寸更细。扫描电镜图像的比较点2，1，和3表明，最大的加热温度点2和3几乎达到临界温度（AC1），导致回火效应。因此，HAZ的软化发生马氏体颗粒分解，形成回火马氏体。在换句话说，作为基体金属中的马氏体数量增加，HAZ的软化的马氏体的分解造成的ʼ加剧。虽然在焊缝金属形成马氏体组织，但结构很好，因为它有丰富的合金成分相比于DP 590钢。这也导致了更高的焊接金属硬度比DP 590钢。
同时，CP钢已超过两个阶段，并能达到较高的强度，它具有两TRIP钢和DP钢。如图14所示，1180钢的母材有不同的相、马氏体含量，以及一种精细而高度复杂的马氏体相结构。由于热的影响，在马氏体相形态的变化是从2点观察（亚临界HAZ），而在点3的马氏体相的复杂的子形态主要是缺乏。因此，可以预测，这种变化是对CP钢HAZ的软化相关。然而，在4点的结构，在加热超过奥氏体的转变温度，形成以类似的方式在DP钢。
6、UsiborTM钢
usibortm钢是一种硼合金钢的强度采用热冲压工艺加固。它的力量是500兆帕和800兆帕之前，热冲压，和通过马氏体淬火，最终超过1500兆帕加热后900。图15显示了激光焊接截面对usibortm钢，而图16显示的硬度分布。硬度是基体金属和焊缝金属的最高，但退化最突出的是在焊接热影响区的硬度。作为usibortm钢发生马氏体淬火工艺，其母材由马氏体组成，可在图17。然而，它的结构是混合铁素体和马氏体，因为马氏体转变为回火在HAZ马氏体或铁素体，这可以证实的最显然在3点。因此，焊接热影响区的断裂，而母材断裂，发生在拉伸强度试验，如表2所示抗拉强度为母材的85%。
7、结论
在这项研究中，激光焊接在370兆帕和1500兆帕之间的强度和焊接特性进行了评估。钢铁材料的强度超过590 MPa的基材具有马氏体相，具有较低的硬度发现结构，马氏体进行分解，在热影响区。钢材料具有超过780兆帕的强度，这可以证实的基础上的硬度分布。作为马氏体数量增加的基础材料，强度超过1180 MPa的钢材料的拉伸强度下降，断裂比母材和焊接热影响区断裂发生。1500 MPa级钢材料焊接件作为基体材料的抗拉强度的85%倍。这种软化的热影响区发生不可避免的甚至当热输入减少，因此必须通过冷却强度退化的尽可能迅速地减少热影响区宽度。
作者想表达自己的感激之情W.-H先生。崔博士在信荣有限公司和华盛顿特区。金正日为他们的利益在这工作和提供标本。也要感谢作者S.-M先生。李和J.-W先生。孙DongEui大学为他们的扫描电镜工作支持。有用的和W.-B博士讨论。李是极大地承认。
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