DP1000超高强度双相钢激光对接焊工艺研究.pdf

工艺研究August,20232023年8 月RECHULI JISHU YUZHUANGBEIVol.44,No.4热处理技术与装备第44卷第4期DP1000超高强度双相钢激光对接焊工艺研究许新军，宋涛2（1.歌尔股份有限公司，山东潍坊262000；2.潍柴雷沃智慧农业科技股份有限公司，山东潍坊262000)摘要：对DP1000超高强度双相钢进行了激光对接焊试验，并测试分析了焊后试样的显微组织和机械性能。结果表明,DP1000超高强度双相钢焊缝接头熔合区组织为粗大的板条状马氏体，还存在少量的贝氏体、残余奥氏体以及先共析铁素体组织。焊接区域依次分为：过热区、部分相变区、回火区。过热区的组织为板条状马氏体，其他两个区域组织均为回火马氏体和铁素体，同时导致焊接接头显微硬度降低，出现了软化。热影响区的显微硬度最低，拉伸试验结果显示，断裂往往出现在热影响区。DP1000超高强度双相钢的最佳焊接工艺参数为：激光功率1.7 kW，焊接速度6 10 mm/s，保护气体流量2 0 L/min。关键词：DP1000超高强度双相钢；激光焊接；显微组织；机械性能中图分类号：TG456.7文献标识码：A文章编号：16 7 3-49 7 1(2 0 2 3)0 4-0 0 0 1-0 6Research on Laser Butt Welding Process of DP1000 Ultra High StrengthDual Phase SteelXU Xin-jun,SONG Tao?(1.Goertek Co.,Ltd.,Weifang Shandong 262000,China;2.Weichai Lovol Intelligent Agricultural Technology Co.,Ltd.,Weifang Shandong 262000,China)Abstract:Laser butt welding experiments were conducted on DP1000 ultra high strength dual phase steel,and the microstructure and mechanical properties of the welded specimens were analyzed and tested.Theresults showed that the fusion zone structure of DP1000 ultra high strength dual phase steel welded jointwas coarse lath martensite,with a small amount of bainite,residual austenite and proeutectoid ferrite.Thewelding area was sequentially divided into overheating zone,partial phase transformation zone and tempe-ring zone.The microstructure of the overheating zone was lath martensite,and the microstructure of theother two areas was tempered martensite and ferrite.At the same time,the microhardness of the weldedjoint decreased and softening occured.The microhardness of the heat-affected zone was the lowest,and thetensile test results showed that the fracture often occured in the heat-affected zone.The optimal weldingprocess parameters for DP1000 ultra high strength dual phase steel were laser power of 1.7 kW,weldingspeed of 6 to 10 mm/s and shielding gas flow rate of 20 L/min.Key words:DP1000 ultra high strength dual phase steel;laser welding;microstructure;mechanical per-formance汽车车身轻量化是解决环境污染和能源短缺问题的重要举措，但是车身的轻量化不能降低驾乘安收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 6作者简介：许新军（19 8 6 一），男，硕士，工程师，主要从事新材料研发及关键零件强化处理。联系电话：18 39 7 0 0 42 46;E-mail:xxinjun_第44卷热处理技术与装备全性、舒适性。DP双相钢较传统的低合金钢具有更高强度和耐冲击性，倍受国内外汽车制造商的青睐，越来越多的汽车关键零部件采用DP双相钢L1-2。双相钢是指由低碳钢或低合金高强度钢通过临界区域处理或者控轧控冷法获得，由于C、M n、Si 元素含量相对较高，焊接后在焊缝处存在晶粒粗大、热影响区软化等问题 3-4。因此,研究焊接的最佳工艺参数是采用DP1000超高强度双相钢的重要课题。相比与传统的焊接方法，激光焊接热量集中，热影响区小，是DP1000超高强度双相钢焊接首选技术。1试验材料及方法1.1试验材料本试验采用厚度为1.5mm的DP1000超高强度双相钢，尺寸为12 0 mm90mm，供货态为冷轧状态。其具体化学成分见表1。表1DP1000超高强度双相钢的化学成分（质量分数，%）Table1Chemical composition of DP1000 ultra high strength dualphase steel(mass fraction,%)元素CSiMnSPCrNiAINb含量0.15 0.50 1.500.0100.0020.03 0.040.040.0151.2激光焊接试验对尺寸为12 0 mm90mm1.5mm的DP1000冷轧钢板试样进行预处理，预处理工艺为9 10 保温5min，水淬，淬火过程需要用专用夹具固定，防止变形。预处理后用砂纸打磨掉表面的氧化层，再用丙酮清洗表面，焊接时用夹具将对接接头固定并保证接口紧密连接。焊接设备为YAG型光纤激光焊接系统，激光器为IPGYLS-6000-S2T,焦距16 0 mm,脉宽选用10 ms,其中单点激光能量为2 5J,激光焦点直径为0.2 9 mm，焊接过程中采用氩气防护，其流量为2 0 L/min。焊接速度分别为4、6、8 和10 mm/s，激光功率分别为1.5、1.6 和1.7 kW。室温环境下，以氩气作为保护气，倾斜45焊接。激光焊接工艺编号见表2。表2 汽激光焊接工艺Table2Laserwelding process number激光功率/kW焊接速度/mms-11.51.61.741#2#3#64#5#6#87#8#9#1010#11#12#1.3试验方法采用倒置式光学显微镜观察焊缝的显微组织，并且测量焊缝的熔深和熔宽。采用日立S-3400N场发射扫描电镜对晶粒内部析出物进行分析。采用HBS-1000AT型显微硬度计沿着熔合线作为原点，间隔0.1mm依次向两侧进行硬度测试,加载载荷150 g，保压时间15s，并绘制测试值曲线，进一步分析焊缝区域硬度变化。按照标准GB/T26512008焊接接头拉伸试验方法加工拉伸试样，采用WAW-100型电子万能试验机按照标准GB/T228.12010要求进行抗拉强度测试 52结果与分析2.1焊接工艺参数对焊缝成形的影响2.1.1焊接功率对焊缝成形的影响焊接速度为6 mm/s的条件下，不同功率激光焊接时得到的焊缝正反面宏观形貌如图1、2 所示。对比图1、图2 可知，激光功率对焊接接头的成形质量影响依次为1.6 kW1.5kW1.7kW,即在6 mm/s焊接速度下，激光功率为1.6 kW是比较合理的。(a)(a)1.5kW;(b)1.6kW;(c)1.7kW图1火焊接速度为6 mm/s时不同激光功率下焊缝正面的宏观形貌Fig.1 Macro morphology of the front face of the weld seam atdifferent laser power and welding speed of 6 mm/s(a)(c)(a)1.5 kW;(b)1.6kW;(c)1.7kW图2 焊接速度为6 mm/s时不同激光功率下焊缝背面的宏观形貌Fig.2Macro morphology of the back face of the weld seam atdifferent laser power and welding speed of 6 mm/s许新军等：DP1000超高强度双相钢激光对接焊工艺研究第4期激光焊接功率为1.7 kW条件下，不同焊接速度焊接时得到的焊缝正反面宏观形貌如图3、图4所示。可以看出，焊接速度对焊缝成形性影响较大，焊接速度越快，焊缝越窄，同时焊缝的光亮度增加；但焊接速度越快，所需要的氩气就越少，保持氩气流量不变，保护效果越好。对比图3、4可知，焊接速度对焊接接头的成形质量影响依次为8 mm/s6mm/s10mm/s4mm/s，即在1.7 kW激光焊接功率下，焊接速度为8 mm/s是比较合理的。(a）C(a)4 mm/s;(b)6 mm/s;(c)8 mm/s;(d)10 mm/s图3激光功率为1.7 kW时不同焊接速度下焊缝正面的宏观形貌Fig.3 Macro morphology of the front face of the weld seam atdifferent welding speed and laser power of 1.7 kwa)c)d）(a)4 mm/s;(b)6 mm/s;(c)8 mm/s;(d)10 mm/s图4激光功率为1.7 kW时不同焊接速度下焊缝背面的宏观形貌Fig.4Macro morphology of the back face of the weld seam atdifferent welding speed and laser power of 1.7 kW不同激光焊接功率对DP1000双相钢焊缝熔深和熔宽的影响如图5所示。由图5（a）可知，焊接速度保持不变，焊接功率越高，焊缝的熔深越大。当激光功率达到1.7 kW时，焊接速度由4mm/s升高到10mm/s，激光束能够完全穿透试验材料，此时熔深能够达到1.5mm。由图5(b)可知，焊接速度为6 8mm/s时，焊缝熔池宽度变化与激光器功率没有明显的关系。当激光功率增加到1.6 kW时，熔池宽度反而会有所减小；激光功率达到1.7 kW时，熔池宽度会大大增加。这是由于1.6 kW为激光深熔焊阈值，此时焊接模式发生了变化，从导热焊变成了深熔焊。因为导热焊的焊缝宽且浅，深熔焊的焊缝深且窄。激光功率由1.5kW增加到1.6 kW，焊缝的熔宽有所下降，但是焊缝的熔深却大幅度增加。1.6(a)1.41.2wuu/1.0送0.80.6焊速10 mm/s焊速8 mm/s0.4焊速6 mm/s焊速4mm/s0.21.501.551.601.651.70功率/kW(b)3.6焊速10 mm/s3.2焊速8 mm/s焊速6 mm/s2.8焊速4mm/s2.41.61.20.811.501.551.601.651.70功率/k(a）熔深;(b)熔宽图5激光功率对焊缝成形的影响(a)penetration depth;(b)weld widthFig.5The effect of laser