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1、鍍層對高強鋼光纖激光焊接過程及接頭性能的影響研究（申請上海交通大學碩士學位）碩士生：張帆學號：1120509118學科專業(yè)：材料工程導師：華學明（教授）王詩恩（教授級高工）上海交通大學材料科學與工程學院二零一五年一月StudyonWeldingProcessandJointPropertyofCoatedAdvancedHigh-strengthSteelsFiberLaserWeldingADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterCandidate:
2、FanZhangSpecialty:MaterialEngineeringSupervisor:XuemingHUA,ShienWangSchoolofMaterialScienceandEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJan,2015上海交通大學碩士學位論文摘要鍍層對高強鋼光纖激光焊接過程及接頭性能的影響研究摘要汽車輕量化是能源緊缺的大環(huán)境下節(jié)能減排的必然趨勢，為了滿足輕量化的需求，研究者和鋼板制造廠商開發(fā)出了更高強度級別的汽車用鋼；另一方面，為了滿足防腐的需求，在鋼板
3、表面一般都進行了涂敷處理，如鍍鋅和鍍鋁。不斷發(fā)展的汽車用鋼對材料的連接工藝也提出更高的挑戰(zhàn)。激光焊接作為一種高效、高質量的焊接方法，可以實現多種材料和表面狀態(tài)的自熔焊。大功率光纖激光進入市場以來，憑借其光束質量穩(wěn)定、發(fā)生器體積較小、后期維護成本較低等諸多優(yōu)點，促進了激光焊接在車身制造中的應用。本文采用光纖激光器，對鍍鋅和鋁硅鍍層鋼板的拼焊或搭接焊進行了實驗研究。本文首先研究了鍍鋅鋼板的光纖激光拼焊。針對1.5mm鍍鋅復相鋼板（CR980T/700Y-MP-LCE）和1.0mm鍍鋅低合金鋼板（420LA）進行異種金屬激光拼焊實驗，對焊縫成形、金相組織
4、、接頭硬度、拉伸強度和成形性能進行了一系列測試實驗。結果表明，冷軋復相鋼和低合金鋼光纖激光拼焊可以得到成形良好的焊縫，鍍鋅層并不會對焊縫質量造成不良影響。復相鋼熱影響區(qū)存在回火軟化區(qū)，軟化區(qū)的寬度受焊接速度影響最大。焊接接頭力學強度和焊縫成形性I上海交通大學碩士學位論文摘要能理想，拉伸試樣斷裂位置均位于低合金鋼一側的母材，焊縫杯突實驗顯示，裂紋位置均位于薄板（低合金鋼）一側的母材上并平行于焊縫，滿足沖壓成形要求。其次，針對1.35mm低合金鋼板（HC260LAD+Z100MB）進行搭接焊實驗，研究了搭接間隙對光纖激光焊接鍍鋅鋼板的焊縫成形和接頭機械
5、性能的影響，分析了預留間隙法解決鍍鋅鋼板激光搭接焊中高壓鋅蒸氣對焊縫造成不良影響的機理，并獲得了激光功率和搭接間隙的工藝參數匹配范圍。在焊接速度為3m/min，離焦量為0，保護氣氬氣送氣速度為15L/min的條件下，當間隙大于0.1mm時，可以很好地抑制鋅蒸氣造成的焊接缺陷；間隙約為0.15mm時，焊縫熔深達到最大值；同時激光功率為4kW時對間隙的容忍度較大，即：0.05～0.2mm搭接間隙都可以得到成形良好的焊縫。針對熱成形前的Usibor1500鋼板進行了激光拼焊，分析了Al-Si鍍層對焊縫組織和力學性能的影響并通過EDS分析了鍍層元素在焊縫中
6、的分布特征。研究結果表明：Al–Si鍍層對拼焊焊接接頭的拉伸性能有顯著的影響。保留頂層Al-Si鍍層時，Al元素會進入焊縫，并廣泛分布在焊縫中，且存在偏聚現象；Al-Si鍍層進入焊縫形成的脆性相會使得接頭力學性能降低，此時拼焊接頭的斷裂位置可能是發(fā)生在焊縫處也可能是母材上，當在焊縫處斷裂時，呈現典型的脆性斷裂性質；去除頂層鍍層后可以大大提升拼焊焊縫力學性能，此II上海交通大學碩士學位論文摘要時接頭的斷裂位置均為母材，且呈現韌性斷裂特征。最后，研究了Al-Si鍍層對熱成形鋼激光搭接焊的影響和不同焊縫長度以及不同焊縫形狀的搭接接頭拉剪性能。對于I型線段
7、焊縫，長度達到22.5mm可以達到電阻點焊的拉剪強度；采用S型、O型、C型等曲線焊縫形狀可改善焊接接頭力學性能，其中C型焊縫的性能最佳。經優(yōu)化后的激光搭接接頭性能優(yōu)于電阻點焊接頭。當未去除Al–Si鍍層時獲得的搭接接頭，其會出現兩種不同的斷裂位置；并且發(fā)現在搭接界面的熔合線附近會出現與激光拼焊接頭中類似的灰色組織，致使拉剪試驗時，斷裂發(fā)生在搭接接頭沿熔合線一側的焊縫處。當去除Al-Si鍍層后，接頭拉剪試驗的斷裂位置均位于搭接界面處。關鍵字：光纖激光，鍍鋅，鋁硅鍍層，激光拼焊，激光搭接焊III上海交通大學碩士學位論文ABSTRACTStudyonWe
8、ldingProcessandJointPropertyofCoatedAdvancedHigh-strengthStee
