镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究

发布时间：2017-07-26 21:09

  本文关键词：镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究

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【摘要】：汽车轻量化是能源紧缺的大环境下节能减排的必然趋势,为了满足轻量化的需求,研究者和钢板制造厂商开发出了更高强度级别的汽车用钢;另一方面,为了满足防腐的需求,在钢板表面一般都进行了涂敷处理,如镀锌和镀铝。不断发展的汽车用钢对材料的连接工艺也提出更高的挑战。激光焊接作为一种高效、高质量的焊接方法,可以实现多种材料和表面状态的自熔焊。大功率光纤激光进入市场以来,凭借其光束质量稳定、发生器体积较小、后期维护成本较低等诸多优点,促进了激光焊接在车身制造中的应用。本文采用光纤激光器,对镀锌和铝硅镀层钢板的拼焊或搭接焊进行了实验研究。本文首先研究了镀锌钢板的光纤激光拼焊。针对1.5mm镀锌复相钢板(CR980T/700Y-MP-LCE)和1.0mm镀锌低合金钢板(420LA)进行异种金属激光拼焊实验,对焊缝成形、金相组织、接头硬度、拉伸强度和成形性能进行了一系列测试实验。结果表明,冷轧复相钢和低合金钢光纤激光拼焊可以得到成形良好的焊缝,镀锌层并不会对焊缝质量造成不良影响。复相钢热影响区存在回火软化区,软化区的宽度受焊接速度影响最大。焊接接头力学强度和焊缝成形性能理想,拉伸试样断裂位置均位于低合金钢一侧的母材,焊缝杯突实验显示,裂纹位置均位于薄板(低合金钢)一侧的母材上并平行于焊缝,满足冲压成形要求。其次,针对1.35mm低合金钢板(hc260lad+z100mb)进行搭接焊实验,研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板的焊缝成形和接头机械性能的影响,分析了预留间隙法解决镀锌钢板激光搭接焊中高压锌蒸气对焊缝造成不良影响的机理,并获得了激光功率和搭接间隙的工艺参数匹配范围。在焊接速度为3m/min,离焦量为0,保护气氩气送气速度为15l/min的条件下,当间隙大于0.1mm时,可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷;间隙约为0.15mm时,焊缝熔深达到最大值;同时激光功率为4kw时对间隙的容忍度较大,即:0.05~0.2mm搭接间隙都可以得到成形良好的焊缝。针对热成形前的usibor1500钢板进行了激光拼焊,分析了al-si镀层对焊缝组织和力学性能的影响并通过eds分析了镀层元素在焊缝中的分布特征。研究结果表明:al si镀层对拼焊焊接接头的拉伸性能有显著的影响。保留顶层al-si镀层时,al元素会进入焊缝,并广泛分布在焊缝中,且存在偏聚现象;al-si镀层进入焊缝形成的脆性相会使得接头力学性能降低,此时拼焊接头的断裂位置可能是发生在焊缝处也可能是母材上,当在焊缝处断裂时,呈现典型的脆性断裂性质;去除顶层镀层后可以大大提升拼焊焊缝力学性能,此时接头的断裂位置均为母材,且呈现韧性断裂特征。最后,研究了Al-Si镀层对热成形钢激光搭接焊的影响和不同焊缝长度以及不同焊缝形状的搭接接头拉剪性能。对于I型线段焊缝,长度达到22.5mm可以达到电阻点焊的拉剪强度;采用S型、O型、C型等曲线焊缝形状可改善焊接接头力学性能,其中C型焊缝的性能最佳。经优化后的激光搭接接头性能优于电阻点焊接头。当未去除Al Si镀层时获得的搭接接头,其会出现两种不同的断裂位置;并且发现在搭接界面的熔合线附近会出现与激光拼焊接头中类似的灰色组织,致使拉剪试验时,断裂发生在搭接接头沿熔合线一侧的焊缝处。当去除Al-Si镀层后,接头拉剪试验的断裂位置均位于搭接界面处。
【关键词】：光纤激光 镀锌 铝硅镀层 激光拼焊 激光搭接焊
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.7
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 课题背景12-13
• 1.2 常用车身用钢镀层及基体特点13-20
• 1.2.1 车身用钢镀层的特点13-17
• 1.2.2 车身用钢基体的特点17-20
• 1.3 车身用钢电阻点焊20-21
• 1.4 车身用钢激光焊接的特点及研究现状21-27
• 1.4.1 激光焊接的特点21-23
• 1.4.2 镀锌层对激光焊接影响的研究现状23-24
• 1.4.3 铝硅镀层对激光焊接研究现状24-27
• 1.5 课题主要研究内容27-29
• 第二章 车身用钢激光焊接实验方法29-33
• 2.1 激光焊接实验设备29-30
• 2.2 焊缝组织特性和力学性能的表征30-33
• 2.2.1 组织特性的分析30-31
• 2.2.2 力学性能的测试31-33
• 第三章 镀锌钢板异种材料激光拼焊研究33-46
• 3.1 实验内容33-35
• 3.1.1 实验材料与接头形式33-34
• 3.1.2 拉伸及杯突实验34-35
• 3.1.3 实验参数35
• 3.2 实验结果与分析35-45
• 3.2.1 焊接接头宏观形貌35-36
• 3.2.2 焊接接头金相与硬度36-43
• 3.2.3 室温拉伸实验结果与分析43-44
• 3.2.4 杯突实验结果与分析44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 镀锌层对激光搭接焊的影响研究46-56
• 4.1 实验内容46-48
• 4.1.1 实验材料与接头形式46-47
• 4.1.2 拉剪实验47
• 4.1.3 实验参数47-48
• 4.2 实验结果与分析48-54
• 4.2.1 焊缝表面形貌与宏观金相48-51
• 4.2.2 焊接接头拉剪实验51-53
• 4.2.3 结果与讨论53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 铝硅镀层对热成形钢激光拼焊接头性能影响研究56-66
• 5.1 实验内容56-58
• 5.1.1 实验材料与接头形式56-57
• 5.1.2 拉伸实验57-58
• 5.1.3 实验参数58
• 5.2 实验结果与分析58-65
• 5.2.1 焊缝成形58-59
• 5.2.2 焊缝金相与元素分析59-62
• 5.2.3 焊接接头拉伸实验结果与讨论62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 铝硅镀层对热成形钢激光搭接焊接头性能影响研究66-75
• 6.1 实验内容66-69
• 6.1.1 实验材料与接头形式66-68
• 6.1.2 拉剪实验68
• 6.1.3 实验参数68-69
• 6.2 实验结果与分析69-74
• 6.2.1 线段焊缝接头拉剪强度及断裂位置69-72
• 6.2.2 曲线焊缝接头拉剪强度及断裂位置72-74
• 6.3 本章小结74-75
• 第七章 结论75-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文82
• 攻读硕士学位期间参加的课题和研究项目82-84

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