TRIP鋼激光焊接輔助感應(yīng)加熱焊縫性能研究.ppt

1、第八屆中國鋼鐵年會 北京,TRIP鋼激光焊接輔助感應(yīng)加熱焊縫性能研究,李志強(qiáng),匯報內(nèi)容,TRIP鋼與激光焊接簡介 試驗材料與試驗方法 試驗結(jié)果和分析 結(jié)論 致謝和參考文獻(xiàn),TRIP(Transformation induced plastic相變誘導(dǎo)塑性鋼)是開發(fā)先進(jìn)高強(qiáng)汽車板的主要措施， TRIP鋼的強(qiáng)度高、延性大，較好的解決了強(qiáng)度和塑性的矛盾；TRIP鋼的強(qiáng)塑積通常20000；而一般鋼種僅為15000。主要用于汽車結(jié)構(gòu)件、安全件和加強(qiáng)件,1.TRIP鋼與激光焊接簡介,圖1 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板種類及發(fā)展趨勢,TRIP鋼的性能決定了化學(xué)成分的碳當(dāng)量一定較高，而碳當(dāng)量超過0.3%，激光焊接的難度將會

2、增加，冷裂紋傾向也會增大，焊縫區(qū)域發(fā)生明顯硬化同時塑性降低?？梢酝ㄟ^感應(yīng)加熱方法降低冷卻速度。 TRIP鋼焊縫區(qū)域能否順利通過冷連軋機(jī)的連續(xù)軋制而不發(fā)生斷帶，成為酸軋聯(lián)合機(jī)組能否穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)TRIP鋼的主要因素。提高TRIP鋼焊縫質(zhì)量實現(xiàn)焊縫區(qū)域軋制時不發(fā)生斷帶，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.TRIP鋼與激光焊接簡介,試驗材料為TRIP700熱軋鋼板，厚度3.75mm,試驗方法,采用CO2激光焊輔助感應(yīng)加熱的方法進(jìn)行焊接，試驗數(shù)據(jù)：激光功率10.5kW，焊接速度5m/min，焦距使用-1.5mm。采用不同的預(yù)熱和后熱功率進(jìn)行焊接,2.試驗材料與試驗方法,表1

3、TRIP700鋼的化學(xué)成分及力學(xué)性能,表2 焊接參數(shù),焊縫區(qū)域的測試,2.試驗材料與試驗方法,表3 測試方法和目的,3.1碳當(dāng)量及裂紋敏感性理論分析,根據(jù)日本焊接學(xué)會協(xié)會 Ceq(WES)= C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14公式1進(jìn)行計算，TRIP700鋼的碳當(dāng)量為0.44%，僅從化學(xué)成分來判斷屬于焊接性中等的鋼種。 采用日本伊藤等人提出的裂紋敏感系數(shù)定義公式Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/50+V/10+5B進(jìn)行計算，TRIP700鋼冷裂敏感系數(shù)為0.24。淬硬較大,屬于裂紋敏感鋼質(zhì),3.試驗結(jié)果與分析,過渡材質(zhì)焊縫質(zhì)量

4、與TRIP鋼焊縫質(zhì)量比較,3.2焊接試驗及性能分析,備注：預(yù)熱功率100%=40 kW,表5 杯突值數(shù)據(jù),3.試驗結(jié)果與分析,表4 焊接參數(shù)和感應(yīng)加熱參數(shù),表6 杯突值數(shù)據(jù)均值,對比軟鋼質(zhì)與TRIP700鋼焊縫及TRIP700鋼同鋼質(zhì)焊縫數(shù)據(jù)(單個數(shù)據(jù)均值對比)及杯突測試圖片,前者優(yōu)于后者。 但在酸軋聯(lián)合機(jī)組生產(chǎn)時仍需要考慮軟鋼質(zhì)的強(qiáng)度、硬度、原料厚度及冷軋壓下比盡量接近或相同，才能更好的避免因焊縫通過冷連軋機(jī)而避免焊縫區(qū)域發(fā)生斷帶事故,3.試驗結(jié)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(zhì)(上視和前視,評價加熱能量的不同對焊

5、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(yù)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,3.2.1距焊縫不同位置溫度測試,由圖5可以看出使用后加熱參數(shù)更能有效提高焊縫各區(qū)域的最高溫度，降低焊縫的冷卻速度，達(dá)到減少或避免冷裂紋產(chǎn)生改善焊縫塑性和韌性,3.試驗結(jié)果與分析,圖5 不同預(yù)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6。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(yīng)小于350HV 2,3.2.2顯微維氏硬度測試,3.試驗結(jié)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6中的las10、las

6、5在理論上應(yīng)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)生的最低限制的上方,3.試驗結(jié)果與分析,對不同加熱參數(shù)焊縫試樣進(jìn)行拉伸試驗,得到下表的結(jié)果,3.2.3拉伸試驗,3.試驗結(jié)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(qiáng)度和塑性相對關(guān)系及不同參數(shù)間的比較，將表7數(shù)據(jù)繪制如圖7,從屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度及斷面收縮率等數(shù)據(jù)綜合評價，Las5焊縫試樣相對較好,3.試驗結(jié)果與分析,圖7 不同加熱參數(shù)焊縫試樣拉伸曲線,對焊縫試樣分別做杯突測試，得到表8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(yīng)用于工廠連續(xù)生產(chǎn)的好參數(shù),3.2.4杯突測試,3.試驗結(jié)果與分析,

7、表8 不同加熱參數(shù)焊縫杯突數(shù)據(jù),將表8數(shù)值繪制成柱狀圖(圖8)能夠更直觀表現(xiàn)各數(shù)值間不同,結(jié)合圖8和表8數(shù)據(jù)就可以看出las5有較好的韌性,3.試驗結(jié)果與分析,圖8 焊縫試樣杯突試驗數(shù)據(jù)圖,可以看出Las1沒有預(yù)熱和后熱在焊縫處有明顯可見的冷裂紋；而Las5未使用預(yù)熱，采用42%后熱，未產(chǎn)生冷裂紋,對于兩個典型焊縫試樣Las1和Las5進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)分析,3.試驗結(jié)果與分析,圖9 Las1與las5焊縫試樣顯微結(jié)構(gòu)圖片,1)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(zhì)與TRIP700的焊縫均優(yōu)于TRIP700同鋼質(zhì)焊縫。 (2)使用后加熱參數(shù)更能有效的提高焊縫各區(qū)域的最高溫度同時降低焊縫的冷卻速度。 (3)焊接TRIP700鋼時預(yù)熱和后熱功率對焊縫區(qū)域的硬度、強(qiáng)度及裂紋的產(chǎn)生均有比較明顯的影響,通過試驗數(shù)據(jù)表明預(yù)熱和后熱的同時使用降低了焊縫區(qū)域的強(qiáng)度。 (4)綜合杯突、拉伸及焊縫區(qū)域的微觀硬度測量數(shù)據(jù)表明使用后加熱42%的加熱參數(shù)可以得到綜合性能較好的焊縫,4.結(jié)論,致謝 在焊接測試和數(shù)據(jù)分析以及論文撰寫過程中，得到了同事宗旭、程欣的協(xié)助和支持。在焊接試樣性能測試時，技術(shù)中心