TRIP鋼激光接輔助感應加熱焊縫性能研究

1、第八屆中國鋼鐵年會第八屆中國鋼鐵年會 北京北京triptrip鋼激光焊接輔助感應加熱焊鋼激光焊接輔助感應加熱焊縫性能研究縫性能研究 李志強李志強匯報內容匯報內容1.1.triptrip鋼與激光焊接簡介鋼與激光焊接簡介2.2.試驗材料與試驗方法試驗材料與試驗方法3.3.試驗結果和分析試驗結果和分析4.4.結論結論5.5.致謝和參考文獻致謝和參考文獻 trip(transformation induced plastictrip(transformation induced plastic相變誘導塑性鋼相變誘導塑性鋼) )是開發(fā)先進高強汽車板的主要措施，是開發(fā)先進高強汽車板的主要措施， tript

2、rip鋼的強度高、鋼的強度高、延性大，較好的解決了強度和塑性的矛盾；延性大，較好的解決了強度和塑性的矛盾；triptrip鋼的強塑鋼的強塑積通常積通常2000020000；而一般鋼種僅為；而一般鋼種僅為1500015000。主要用于汽車結構。主要用于汽車結構件、安全件和加強件。件、安全件和加強件。1.trip1.trip鋼與激光焊接簡介鋼與激光焊接簡介圖1 先進高強度鋼板種類及發(fā)展趨勢 triptrip鋼的性能決定了化學成分的碳當量一定較高，而碳當鋼的性能決定了化學成分的碳當量一定較高，而碳當量超過量超過0.3%0.3%，激光焊接的難度將會增加，冷裂紋傾向也會，激光焊接的難度將會增加，冷裂紋傾

3、向也會增大，焊縫區(qū)域發(fā)生明顯硬化同時塑性降低?？梢酝ㄟ^感增大，焊縫區(qū)域發(fā)生明顯硬化同時塑性降低。可以通過感應加熱方法降低冷卻速度。應加熱方法降低冷卻速度。 triptrip鋼焊縫區(qū)域能否順利通過冷連軋機的連續(xù)軋制而不發(fā)鋼焊縫區(qū)域能否順利通過冷連軋機的連續(xù)軋制而不發(fā)生斷帶，成為酸軋聯(lián)合機組能否穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)生斷帶，成為酸軋聯(lián)合機組能否穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)triptrip鋼的主鋼的主要因素。提高要因素。提高triptrip鋼焊縫質量實現(xiàn)焊縫區(qū)域軋制時不發(fā)生鋼焊縫質量實現(xiàn)焊縫區(qū)域軋制時不發(fā)生斷帶，意義重大。斷帶，意義重大。圖2 低碳鋼焊接參數(shù)焊接的trip鋼焊縫杯突圖片1.trip1.trip鋼與激光焊接簡介

4、鋼與激光焊接簡介 試驗材料為試驗材料為trip700trip700熱軋鋼板，厚度熱軋鋼板，厚度3.75mm3.75mm。 試驗方法試驗方法 采用采用co2co2激光焊輔助感應加熱的方法進行焊接，試驗激光焊輔助感應加熱的方法進行焊接，試驗數(shù)據(jù)：激光功率數(shù)據(jù)：激光功率10.5kw10.5kw，焊接速度，焊接速度5m/min5m/min，焦距使用，焦距使用- -1.5mm1.5mm。采用不同的預熱和后熱功率進行焊接。采用不同的預熱和后熱功率進行焊接。 激光激光功率功率kwkw焊接速度焊接速度m/minm/min焦點位置焦點位置mmmm預熱功率預熱功率% %后熱功率后熱功率% %10.510.55 5

5、-1.5-1.5采用不同數(shù)值采用不同數(shù)值采用不同數(shù)值采用不同數(shù)值2.2.試驗材料與試驗方法試驗材料與試驗方法化學成分化學成分( (質量分數(shù)，質量分數(shù)，%)%)力學性能力學性能c cmnmnsisip ps sfefere/mpare/mparm /mparm /mpaa(%)a(%)0.140.141.651.650.520.520.0170.0170.0010.001余量余量5415417337331515表1 trip700鋼的化學成分及力學性能表2 焊接參數(shù) 焊縫區(qū)域的測試焊縫區(qū)域的測試 測試方法測試方法獲得的數(shù)據(jù)獲得的數(shù)據(jù)測試的目的測試的目的距焊縫不同位置溫距焊縫不同位置溫度測試度測試

6、各位置最高溫度值各位置最高溫度值 評價加熱能量的不同對焊評價加熱能量的不同對焊縫冷卻速度的影響及評價縫冷卻速度的影響及評價冷裂紋出現(xiàn)的可能性冷裂紋出現(xiàn)的可能性顯微維氏硬度測試顯微維氏硬度測試焊縫區(qū)域的顯微硬度焊縫區(qū)域的顯微硬度在理論上判斷是否產(chǎn)生冷在理論上判斷是否產(chǎn)生冷裂紋裂紋拉伸試驗拉伸試驗屈服強度、斷裂強度、屈服強度、斷裂強度、斷面收縮率斷面收縮率評價強度和塑性評價強度和塑性杯突測試杯突測試杯突高度、開裂時的載杯突高度、開裂時的載荷值荷值各參數(shù)對焊縫區(qū)域韌性的各參數(shù)對焊縫區(qū)域韌性的影響影響2.2.試驗材料與試驗方法試驗材料與試驗方法表3 測試方法和目的3.13.1碳當量及裂紋敏感性理論分析

7、碳當量及裂紋敏感性理論分析 根據(jù)日本焊接學會協(xié)會根據(jù)日本焊接學會協(xié)會 ceq(wes)= ceq(wes)= c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14c+mn/6+si/24+ni/40+cr/5+mo/4+v/14公式公式11進行計算，進行計算，trip700trip700鋼的碳當量為鋼的碳當量為0.44%0.44%，僅從化學成分來判斷屬于，僅從化學成分來判斷屬于焊接性中等的鋼種。焊接性中等的鋼種。 采用日本伊藤等人提出的裂紋敏感系數(shù)定義公式采用日本伊藤等人提出的裂紋敏感系數(shù)定義公式pcm=c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/50+v/10

8、+5bpcm=c+si/30+(mn+cu+cr)/20+ni/60+mo/50+v/10+5b進行進行計算，計算，trip700trip700鋼冷裂敏感系數(shù)為鋼冷裂敏感系數(shù)為0.240.24。淬硬較大。淬硬較大, ,屬于屬于裂紋敏感鋼質。裂紋敏感鋼質。 3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析 過渡材質焊縫質量與過渡材質焊縫質量與triptrip鋼焊縫質量比較：鋼焊縫質量比較：3.23.2焊接試驗及性能分析焊接試驗及性能分析序序號號材質組合材質組合焊縫焊縫型式型式激光激光功率功率kwkw焊接速焊接速度度m/minm/min焦點位焦點位置置mmmm預熱功預熱功率率% %后熱功后熱功率率% %1 1

9、st12(3.5mm)trst12(3.5mm)trip(3.75mm)ip(3.75mm)對接對接10.510.55 5-1.5-1.50 040402 2trip(3.75mm)ttrip(3.75mm)trip(3.75-mm)rip(3.75-mm)對接對接10.510.55 5-1.5-1.50 04040備注：預熱功率備注：預熱功率100%=40 kw 100%=40 kw 表5 杯突值數(shù)據(jù) 序號序號深度深度(mm)(mm) 加載加載(kn)(kn) 高度高度(mm)(mm) 加載加載(kn)(kn) 高度高度(mm)(mm) 加載加載(kn)(kn) 高度高度(mm)(mm) 加

10、載加載(kn)(kn)1 113.913.9606013.113.164.964.9121263.163.1131362.662.62 29.49.454.554.510.310.361.661.610.110.164.464.49.99.960.160.13.3.試驗結果與分析試驗結果與分析表4 焊接參數(shù)和感應加熱參數(shù) 表6 杯突值數(shù)據(jù)均值 序號序號 深度深度(mm)(mm) 加載加載(kn)(kn)1 113.013.062.762.72 29.99.960.260.2 對比軟鋼質與對比軟鋼質與trip700trip700鋼焊縫及鋼焊縫及trip700trip700鋼同鋼質焊縫數(shù)據(jù)鋼同鋼質

11、焊縫數(shù)據(jù)( (單個數(shù)據(jù)單個數(shù)據(jù) 均值對比均值對比) )及杯突測試圖片及杯突測試圖片, ,前者優(yōu)于后者。前者優(yōu)于后者。 但在酸軋聯(lián)合機組生產(chǎn)時仍需要考慮軟鋼質的強度、硬度、但在酸軋聯(lián)合機組生產(chǎn)時仍需要考慮軟鋼質的強度、硬度、原料厚度及冷軋壓下比盡量接近或相同，才能更好的避免原料厚度及冷軋壓下比盡量接近或相同，才能更好的避免因焊縫通過冷連軋機而避免焊縫區(qū)域發(fā)生斷帶事故。因焊縫通過冷連軋機而避免焊縫區(qū)域發(fā)生斷帶事故。 3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析圖3 st12,厚度3.5mm-trip,3.75mm(上視和前視)圖4 trip,3.75mm同材質(上視和前視) 評價加熱能量的不同對焊縫冷卻速

12、度的影響及評價冷裂評價加熱能量的不同對焊縫冷卻速度的影響及評價冷裂紋出現(xiàn)的可能性，采用只用預熱或后熱的情況下，利用紋出現(xiàn)的可能性，采用只用預熱或后熱的情況下，利用熱電偶測量距離焊縫不同位置的最高溫度值。熱電偶測量距離焊縫不同位置的最高溫度值。3.2.13.2.1距焊縫不同位置溫度測試距焊縫不同位置溫度測試 由圖由圖5 5可以看出可以看出使用后加熱參數(shù)使用后加熱參數(shù)更能有效提高焊更能有效提高焊縫各區(qū)域的最高縫各區(qū)域的最高溫度，降低焊縫溫度，降低焊縫的冷卻速度，達的冷卻速度，達到減少或避免冷到減少或避免冷裂紋產(chǎn)生改善焊裂紋產(chǎn)生改善焊縫塑性和韌性?？p塑性和韌性。 3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析

13、圖5 不同預熱和后熱參數(shù)時距離焊縫不同位置最高溫度 測量了焊縫區(qū)域的微觀硬度見圖測量了焊縫區(qū)域的微觀硬度見圖6 6。為了避免冷裂紋或。為了避免冷裂紋或氫致裂紋，在激光焊接焊縫區(qū)域及熔合區(qū)的最大硬度應氫致裂紋，在激光焊接焊縫區(qū)域及熔合區(qū)的最大硬度應小于小于350hv 350hv 22。 3.2.23.2.2顯微維氏硬度測試顯微維氏硬度測試3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析圖6 不同加熱參數(shù)的激光焊縫區(qū)域的顯微硬度分布 根據(jù)這個數(shù)值，在圖根據(jù)這個數(shù)值，在圖6 6中的中的las10las10、las5las5在理論上應該沒有在理論上應該沒有冷裂紋產(chǎn)生，而其他的試驗的硬度等級都在冷裂紋產(chǎn)生的冷裂紋產(chǎn)

14、生，而其他的試驗的硬度等級都在冷裂紋產(chǎn)生的最低限制的上方。最低限制的上方。3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析 對不同加熱參數(shù)焊縫試樣進行拉伸試驗對不同加熱參數(shù)焊縫試樣進行拉伸試驗, ,得到下表的結果。得到下表的結果。 3.2.33.2.3拉伸試驗拉伸試驗熱處理等級屈服強度(mpa)斷裂強度(mpa)斷面收縮率(%)斷口距離焊縫的距離(mm)編號預熱(%)后熱(%)tripbm-54173315-las10053769340mm；焊縫斷l(xiāng)as2420524729927mm；母材斷l(xiāng)as50425207381226mm；母材斷l(xiāng)as6085504724836mm；母材斷l(xiāng)as7424249671

15、11033mm；母材斷l(xiāng)as885424716681117mm；母材斷l(xiāng)as94285494701726mm；母材斷l(xiāng)as1085053674511不確定3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析表7 焊縫試樣做拉伸試驗數(shù)據(jù)及斷裂位置 為了更直觀表現(xiàn)強度和塑性相對關系及不同參數(shù)間的為了更直觀表現(xiàn)強度和塑性相對關系及不同參數(shù)間的比較，將表比較，將表7數(shù)據(jù)繪制如圖數(shù)據(jù)繪制如圖7。 從屈服強度、斷裂強度及斷面收縮率等數(shù)據(jù)綜合評價，從屈服強度、斷裂強度及斷面收縮率等數(shù)據(jù)綜合評價，las5las5焊縫試樣相對較好。焊縫試樣相對較好。 3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析圖7 不同加熱參數(shù)焊縫試樣拉伸曲線 對焊

16、縫試樣分別做杯突測試，得到表對焊縫試樣分別做杯突測試，得到表8 8數(shù)值；可以看出，數(shù)值；可以看出，杯突值是分散的。僅從杯突值判斷很難選出能夠應用于杯突值是分散的。僅從杯突值判斷很難選出能夠應用于工廠連續(xù)生產(chǎn)的好參數(shù)。工廠連續(xù)生產(chǎn)的好參數(shù)。 3.2.43.2.4杯突測試杯突測試編號預熱%后熱%高度(mm)最大加載(kn)tripbm-12.9174las1007.486.7las2420975.6las38507.373.6las4007.283.9las50428.9103.1las60856.688.9las742426.977.9las885426.168.3las942856.166.1

17、las108506.875.93.3.試驗結果與分析試驗結果與分析表8 不同加熱參數(shù)焊縫杯突數(shù)據(jù) 將表將表8 8數(shù)值繪制成柱狀圖數(shù)值繪制成柱狀圖( (圖圖8)8)能夠更直觀表現(xiàn)各數(shù)值能夠更直觀表現(xiàn)各數(shù)值間不同。間不同。結合圖結合圖8 8和和表表8 8數(shù)據(jù)就數(shù)據(jù)就可以看出可以看出las5las5有較好有較好的韌性。的韌性。3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析圖8 焊縫試樣杯突試驗數(shù)據(jù)圖 可以看出可以看出las1las1沒有預熱和后熱在焊縫處有明顯可見的冷裂沒有預熱和后熱在焊縫處有明顯可見的冷裂紋；而紋；而las5las5未使用預熱，采用未使用預熱，采用42%42%后熱，未產(chǎn)生冷裂紋。后熱，未產(chǎn)生

18、冷裂紋。 對于兩個典型焊縫試樣對于兩個典型焊縫試樣las1las1和和las5las5進行顯微結構分析。進行顯微結構分析。 3.3.試驗結果與分析試驗結果與分析圖9 las1與las5焊縫試樣顯微結構圖片 (1)(1)相同焊接參數(shù)及加熱功率的條件下，從載荷的大小和相同焊接參數(shù)及加熱功率的條件下，從載荷的大小和杯突的高度均表明軟鋼質與杯突的高度均表明軟鋼質與trip700trip700的焊縫均優(yōu)于的焊縫均優(yōu)于trip700trip700同鋼質焊縫。同鋼質焊縫。 (2)(2)使用后加熱參數(shù)更能有效的提高焊縫各區(qū)域的最高溫使用后加熱參數(shù)更能有效的提高焊縫各區(qū)域的最高溫度同時降低焊縫的冷卻速度。度同時降低焊縫的冷卻速度。 (3)(3)焊接焊接trip7