本文關(guān)鍵詞：鍍層對高強鋼光纖激光焊接過程及接頭性能的影響研究

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【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(zhì)量的焊接方法,可以實現(xiàn)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(zhì)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(yīng)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、接頭硬度、拉伸強度和成形性能進行了一系列測試實驗。結(jié)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(zhì)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能理想,拉伸試樣斷裂位置均位于低合金鋼一側(cè)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(cè)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性能的影響,分析了預(yù)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(shù)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的分布特征。研究結(jié)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(xiàn)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(xiàn)典型的脆性斷裂性質(zhì);去除頂層鍍層后可以大大提升拼焊焊縫力學性能,此時接頭的斷裂位置均為母材,且呈現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)兩種不同的斷裂位置;并且發(fā)現(xiàn)在搭接界面的熔合線附近會出現(xiàn)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(cè)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(guān)鍵詞】：光纖激光 鍍鋅 鋁硅鍍層 激光拼焊 激光搭接焊
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG456.7
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 常用車身用鋼鍍層及基體特點13-20
• 1.2.1 車身用鋼鍍層的特點13-17
• 1.2.2 車身用鋼基體的特點17-20
• 1.3 車身用鋼電阻點焊20-21
• 1.4 車身用鋼激光焊接的特點及研究現(xiàn)狀21-27
• 1.4.1 激光焊接的特點21-23
• 1.4.2 鍍鋅層對激光焊接影響的研究現(xiàn)狀23-24
• 1.4.3 鋁硅鍍層對激光焊接研究現(xiàn)狀24-27
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容27-29
• 第二章 車身用鋼激光焊接實驗方法29-33
• 2.1 激光焊接實驗設(shè)備29-30
• 2.2 焊縫組織特性和力學性能的表征30-33
• 2.2.1 組織特性的分析30-31
• 2.2.2 力學性能的測試31-33
• 第三章 鍍鋅鋼板異種材料激光拼焊研究33-46
• 3.1 實驗內(nèi)容33-35
• 3.1.1 實驗材料與接頭形式33-34
• 3.1.2 拉伸及杯突實驗34-35
• 3.1.3 實驗參數(shù)35
• 3.2 實驗結(jié)果與分析35-45
• 3.2.1 焊接接頭宏觀形貌35-36
• 3.2.2 焊接接頭金相與硬度36-43
• 3.2.3 室溫拉伸實驗結(jié)果與分析43-44
• 3.2.4 杯突實驗結(jié)果與分析44-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第四章 鍍鋅層對激光搭接焊的影響研究46-56
• 4.1 實驗內(nèi)容46-48
• 4.1.1 實驗材料與接頭形式46-47
• 4.1.2 拉剪實驗47
• 4.1.3 實驗參數(shù)47-48
• 4.2 實驗結(jié)果與分析48-54
• 4.2.1 焊縫表面形貌與宏觀金相48-51
• 4.2.2 焊接接頭拉剪實驗51-53
• 4.2.3 結(jié)果與討論53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 第五章 鋁硅鍍層對熱成形鋼激光拼焊接頭性能影響研究56-66
• 5.1 實驗內(nèi)容56-58
• 5.1.1 實驗材料與接頭形式56-57
• 5.1.2 拉伸實驗57-58
• 5.1.3 實驗參數(shù)58
• 5.2 實驗結(jié)果與分析58-65
• 5.2.1 焊縫成形58-59
• 5.2.2 焊縫金相與元素分析59-62
• 5.2.3 焊接接頭拉伸實驗結(jié)果與討論62-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第六章 鋁硅鍍層對熱成形鋼激光搭接焊接頭性能影響研究66-75
• 6.1 實驗內(nèi)容66-69
• 6.1.1 實驗材料與接頭形式66-68
• 6.1.2 拉剪實驗68
• 6.1.3 實驗參數(shù)68-69
• 6.2 實驗結(jié)果與分析69-74
• 6.2.1 線段焊縫接頭拉剪強度及斷裂位置69-72
• 6.2.2 曲線焊縫接頭拉剪強度及斷裂位置72-74
• 6.3 本章小結(jié)74-75
• 第七章 結(jié)論75-77
• 參考文獻77-80
• 致謝80-82
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文82
• 攻讀碩士學位期間參加的課題和研究項目82-84

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