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超高强度钢激光熔焊接头焊接性研究

作　者: 于思彬
导　师: 于鸣
学　校: 吉林大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超高强度钢 激光焊接 搭接 对接 焊接速度
分类号: TG456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


汽车轻量化可有效降低燃油消耗，同时满足CO2的排放标准。但在轻量化的同时，消费者们也越来越多的重视汽车的碰撞安全性。超高强度钢的出现可以很好地解决这一矛盾。超高强度钢以其抗拉强度高（1500MPa以上）、能量吸收率高和碰撞后不易发生变形等优势，迅速发展成为重要的汽车轻量化材料。但是超高强度钢的物理和化学性质非常特殊，传统的焊接工艺很难满足超高强度钢焊接性能的要求。激光焊接具有能量集中、焊接速度快、热影响区小、接头质量好等优点，正在逐步发展成为焊接超高强度钢的主要工艺。本文采用激光焊接工艺对超高强度钢搭接和对接两种型式的接头进行了焊接性能研究，并分析了焊接速度对接头微观组织和力学性能的影响。激光搭接焊研究表明，采用合理的工艺参数可以获得优质的焊接质量，接头没有气孔，裂纹等焊接缺陷产生。焊缝横截面的尺寸随着焊接速度的增加而减小。当焊接速度增加到35mm/s时，焊接热输入较低，接头出现未熔透现象。焊缝及其邻近热影响区的微观组织主要为板条马氏体，马氏体板条的宽度随焊接速度的变化不敏感。焊缝中原奥氏体晶粒的宽度受焊接速度影响较大。当焊接速度由20mm/s增加到35mm/s时，原奥氏体晶粒的平均宽度由10.67μm减小为7.68μm。接头的显微硬度测试发现，焊缝硬度值与母材接近；热影响区首先呈上升趋势，在某一位置处达到最大值后急剧下降。这是由于在回火区出现了硬度较小的铁素体，发生了明显的软化现象。接头抗剪力随着焊接速度的增加而减小，在焊接速度为20mm/s时具有最大值。熔合线附近存在着强烈的应力集中，试样全部断裂于焊缝搭接面处。断口表面的微观形貌主要为韧窝，这说明断裂过程是以微孔聚集的形式进行的，但并不属于韧性断裂。激光对接焊研究表明，焊缝横截面的大小随着焊接速度的增加而减小，当焊接速度超过100mm/s时，焊缝出现未熔透现象。焊缝及其邻近的热影响区组织仍然为板条马氏体，这使得接头具有很高的强度和硬度。接头硬度的分布情况与搭接焊基本一致，在热影响区处首先呈上升趋势，达到最大值后明显下降，有明显的软化现象发生。该处位置属于热影响区的回火区，在回火区处发生了相变，马氏体中的过饱和碳析出，生成了硬度较小的铁素体。当焊接速度由70mm/s增加到130mm/s时，回火区宽度由100.4μm减小为48.2μm，软化程度也略有降低，最低硬度值由310HV升高到336HV。拉伸测试结果表明，接头断裂于熔合线附近的热影响区。接头的抗拉强度和延伸率随着焊接速度的增加而增加，在焊接速度为90mm/s时，接头具有最高的抗拉强度和延伸率。断口表面的微观形貌为韧窝和解理小平面，还有一些撕裂棱清晰可见，呈现明显的准解理断裂特征。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 超高强度钢的特点及应用  11-14
    1.2.1 超高强度钢特点  11-12
    1.2.2 超高强度钢应用  12-14
  1.3 激光焊接技术的发展  14-18
    1.3.1 激光焊接的原理  14
    1.3.2 激光焊接的特点  14-15
    1.3.3 激光焊接在汽车工业中的应用现状  15-18
  1.4 汽车工业激光焊接技术面临的主要问题  18-19
    1.4.1 工艺参数的优化  18
    1.4.2 先进激光焊接技术研究  18-19
    1.4.3 焊接过程质量监测  19
  1.5 本文的研究意义与主要内容  19-22
第2章 试验材料、设备及方法  22-32
  2.1 试验材料  22-23
  2.2 试验设备  23-25
    2.2.1 激光焊接系统  23
    2.2.2 分析检测设备  23-25
  2.3 试验方法  25-32
    2.3.1 焊接参数  25-26
    2.3.2 激光焊接的接头型式  26-29
    2.3.3 宏观和微观组织观察  29
    2.3.4 显微硬度测试  29-30
    2.3.5 拉伸试验  30-32
第3章 超高强度钢激光搭接焊接头组织与性能  32-46
  3.1 接头宏观形貌  32-33
  3.2 微观组织  33-38
    3.2.1 焊缝组织  33-37
    3.2.2 热影响区  37-38
  3.3 接头硬度分布  38-40
  3.4 拉剪试验  40-42
  3.5 断口分析  42-44
  3.6 小结  44-46
第4章 超高强度钢激光对接焊接头组织与性能  46-58
  4.1 宏观形貌  46-48
  4.2 微观组织  48-50
  4.3 显微硬度  50-52
  4.4 拉伸性能测试  52-55
  4.5 小结  55-58
第5章 结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 不足之处与展望  59-60
参考文献  60-64
研究生期间发表的学术论文及科研成果  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 特种焊接 > 激光焊
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