DP590激光拼焊板焊接性能和成形性

汪小培，張永強，鞠建斌，張發云，楊建煒

（1.首鋼技術研究院，北京100043；2.綠色可循環鋼鐵流程北京市重點實驗室，北京100043；3.環境保護部核與輻射安全中心，北京100082）

DP590激光拼焊板焊接性能和成形性

汪小培1，2，張永強1，2，鞠建斌1，2，張發云3，楊建煒1，2

（1.首鋼技術研究院，北京100043；2.綠色可循環鋼鐵流程北京市重點實驗室，北京100043；3.環境保護部核與輻射安全中心，北京100082）

激光拼焊板作為車身輕量化的重要技術，在汽車行業中應用前景廣闊。研究了1.6 mm和2.0 mm規格的DP590激光拼焊板的焊接接頭力學性能，并對其成形性能進行了分析。結果表明，焊接接頭強度高于母材強度，但其延展性低于母材；焊縫區的顯微硬度分布均勻，熱影響區不存在明顯的軟化點；杯突試驗中焊接接頭開裂位置均在母材上，斷口為韌性斷裂，焊縫質量良好。

DP鋼；激光焊接；焊接性能；成形性

0 前言

激光拼焊板是一項高新技術，解決了冷軋不能生產超寬板以及不等厚板等問題，目前主要應用于汽車門內板、底板、立柱等不同等厚鋼板的拼焊中。車身輕量化和提高安全性與舒適性是汽車制造商面臨的巨大挑戰，拼焊板作為車身輕量化的重要技術獲得了廣泛應用。拼焊技術具有降低車重，從而降低油耗，提高整體性能以及保護環境等優勢，在汽車行業中應用前景廣闊。然而，由于焊縫的存在和厚度與材料性能的差異，拼焊板的成形性能低于單一板材[1-3]。

雙相鋼屬于相變強化高強度鋼，由鐵素體與馬氏體組成，具有屈強比低、無屈服延伸、應變強化指數高和良好的抗碰撞性能等特點，雙相鋼激光拼焊板兼具雙相鋼板和激光拼焊板的技術優點，常作為車身結構件來使用[4]。

本研究對1.6 mm和2.0 mm規格的DP590冷軋

鋼板進行激光拼焊，分析了焊接接頭的微觀組織、顯微硬度和力學性能，并研究了焊接接頭區域的成形性能以及斷口形貌。

1 實驗材料與設備

1.1 試驗材料

試驗使用的材料為DP590冷軋鋼板，鋼板厚度規格分別為1.6 mm和2.0 mm。該鋼種兩種厚度規格的主要化學成分如表1所示。

表1 DP590鋼板的化學成分％

兩種厚度規格的力學性能如表2所示。厚1.6 mm時，鋼板的屈服強度為387 MPa，抗拉強度為638 MPa，伸長率為23％；厚2.0 mm時，鋼板的屈服強度為416 MPa，抗拉強度為635 MPa，伸長率為22％。

表2 DP590鋼板力學性能

1.2 試驗設備

焊接試驗使用的設備是HL4406D激光焊機，最大輸出功率為4 400 W，光束質量為25 mm·rad。兩種厚度規格的試樣鋼板進行激光拼焊之后，在焊接接頭處切取10 mm×10 mm的標準金相試樣以及A80的標準拉伸試樣。金相試樣用4％的硝酸酒精溶液進行腐蝕，使用Leica DMI5000M金相顯微鏡觀察微觀組織，并用Leica HXD-1000TM顯微硬度測試儀測量顯微硬度。使用Zwick-Z100拉伸試驗機測試焊接試樣的抗拉性能，使用Zwick-BUP600板材成形試驗機進行杯突試驗，并用Hitachi S-3400NⅡ型掃描電子顯微鏡觀察斷口形貌。

2 分析與討論

2.1 焊接接頭的組織形貌

1.6 mm DP590和2.0 mm DP590冷軋鋼板的基體組織如圖1所示，其組成為沿軋制方向拉長的鐵素體組織和馬氏體島組織。由圖1可知，2.0mmDP590中的馬氏體島組織占比要比1.6 mm DP590高，這是由于1.6 mm DP590的變形量比2.0 mm DP590大，因此導致鐵素體形核率提高，從而使得1.6 mm DP590中鐵素體的占比要比2.0 mm DP590中大。

圖1 基體微觀組織形貌

1#金相樣焊接接頭組織形貌如圖2所示。圖2b和圖2d分別為焊縫左側影響區（2.0 mm DP590）和焊縫右側（1.6 mm DP590）的微觀組織，圖2c為焊縫區的組織形貌。焊縫區為板條狀馬氏體組織，熱影響區主要為馬氏體組織和少量的鐵素體組織，再到母材區為鐵素體加馬氏體島組織。焊縫左右兩側熱影響區組織的差別不大。

2.2 力學性能與顯微硬度

分別在板寬方向邊部、1/4位置和中部取焊接接頭的A80標準拉伸試樣，進行抗拉試驗，試驗結果如表3所示。三個位置的屈服強度差別不大，邊部的抗拉強度比1/4位置和中部略小，中部的塑性比1/4位置和中部的略好。三個位置拉伸試驗的斷裂位置均在母材上，說明焊接接頭的力學性能比母材好。

分別對板寬邊部和板寬中部焊接接頭處的顯微硬度進行分析，其結果如圖3和圖4所示。焊縫區的顯微硬度值為400～430 HV，母材區的顯微硬度

值為200～230 HV，硬度分布均勻。熱影響區不存在明顯的軟化點，板寬中部的硬度分布與板寬邊部的差別大不，說明沿板寬方向焊縫組織比較均勻。

圖2 焊接接頭組織形貌

表3 焊接接頭的拉伸性能

圖3 板寬邊部焊接接頭的顯微硬度

2.3 杯突試驗

對焊縫區進行杯突試驗，檢驗焊縫區的成形性能，結果如圖5所示。從板寬邊部到中心依次進行杯突試驗，到達極限時，1#、2#、3#、4#、5#和6#樣的開裂位置均在母材上，由此說明，焊縫強度比母材強度高，在承受均勻變形時，母材比焊縫先出現破壞，焊縫焊接質量良好。

圖4 變寬中部焊接接頭的顯微硬度分布

表4為杯突試驗中的破壞力和高度，1～6#樣的破壞力和高度相差不大，破壞力為40～43 kN，破壞時的杯突高度為8.4～8.8 mm，焊縫周邊的母材性能均勻，焊縫質量良好。

2.4 斷口分析

觀察杯突試驗中激光拼焊板板寬邊部的1#試樣和板寬中部的4#試樣進行斷口形貌，如圖6所示。板寬邊部和中部開裂處的斷口均為韌窩狀斷口，為韌性斷裂，不存在脆性相。從圖6中可以看出，斷口處沒有明顯的夾雜或氣孔。焊縫周邊的母材發生韌性斷裂后，焊縫區仍然保持完整，說明焊縫區的成形性能良好。

圖5 杯突試驗結果

表4 杯突試驗破壞力和高度

圖6 杯突試驗斷口形貌

3 結論

（1）2.0 mm DP590和1.6 mm DP590激光焊接接頭的屈服強度450～455 MPa，抗拉強度約635～650 MPa，伸長率10.5％～11.5％。焊接接頭的強度要高于母材，但其延展性低于母材。

（2）焊接接頭焊縫區顯微硬度400～430 HV，母材區的顯微硬度200～230 HV，硬度分布均勻，熱影響區沒有明顯的軟化點。

（3）焊縫區在杯突試驗中開裂位置均在母材上，最大破壞力約為42 kN，破壞時的杯突高度約為8.5 mm，為韌性斷裂，焊縫質量良好。

[1]王非森.激光拼焊板的研究現狀[J].電焊機，2010，40（5）：177-183.

[2]姜銀方，張永康，朱元右.差厚激光拼焊板焊縫移動與回彈控制[J].焊接學報，2008，29（1）：31-34.

[3]李艷華，林建平.汽車車身激光拼焊板國內外研究進展[J].汽車工程，2014，36（6）：763-767.

[4]陳煒，何振良，郭玉琴.雙相鋼激光拼焊板溫成形拉深性能分析研究[J].材料工程，2012（7）：15-19.

Welding properties and formability of DP590 tailor welded blanks

WANG Xiaopei1，2，ZHANG Yongqiang1，2，JU Jianbin1，2，ZHANG Fayun3，YANG Jianwei1，2
（1.Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China；2.Beijing key Laboratory of Green Recyclable Process for Iron&steel Production Technology，Beijing 100043，China；3.Nuclear and Radiation Safety Center，Beijing 100082，China）

As an important technology of lightweighting，the laser tailor welded blanks have broad application prospect in the automotive industry.In this paper，the mechanical properties of the welded joints of DP590 tailor welded blanks of 1.6mm and 2.0 mm are studied，and the formability is analyzed.The results show that the strength of the welded joint is higher than that of the base metal，but its ductility is lower than that of the base metal.The microhardness distribution of the weld zone is uniform，and there is no obvious softening point in the heat affected zone.In cup drawing test，the cracking position is in the base metal and the fracture is ductile，which indicates the good welding quality of the welded joints.

DP steel；laser welding；welding property；formability

TG456.7

A

1001-2303（2016）08-0022-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.08.05

2016-03-15；

2016-04-16

汪小培（1987—），男，湖北武漢人，碩士，主要從事材料焊接性和焊接工藝的研究工作。