TRIP800激光焊焊接接頭組織與性能

苗力青，陳立偉

(1.張家口市大力神鍋爐制造有限公司，河北張家口,075000;2.河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河北張家口,075000)

TRIP800激光焊焊接接頭組織與性能

苗力青1，陳立偉2

(1.張家口市大力神鍋爐制造有限公司，河北張家口,075000;2.河北建筑工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河北張家口,075000)

本文通過改變激光焊的焊接功率、焊接速度以及離焦量的工藝參數(shù)對(duì)厚度為1.8mm的TRIP800鋼板進(jìn)行焊接，激光焊接時(shí)最佳工藝參數(shù)為焊接速度為7mm /s，最焊接功率為570W，離焦量為-1mm；在斷口掃描照片分析得到為典型的韌性斷裂，斷口上有大量的韌窩存在，從斷裂機(jī)理上來看屬于典型的微孔聚集型斷裂。

TRIP800鋼板；激光焊；工藝參數(shù)；韌性斷裂

0 引言

TRIP鋼是目前最具應(yīng)用價(jià)值的新一代汽車用鋼，其具有高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和良好的塑韌性以及具有好的沖壓成形性能等優(yōu)點(diǎn)[1][2]。激光焊接作為一種新興的先進(jìn)的焊接方法，有著焊接速度快，焊縫成形質(zhì)量好等特點(diǎn)，尤其是在汽車行業(yè)中，激光焊已成為了主要的焊接方法。為此，本文選擇了強(qiáng)度為800級(jí)的TRIP800鋼板進(jìn)行了激光焊焊接試驗(yàn)，研究了TRIP800鋼板激光焊焊接頭的力學(xué)性能、顯微組織以及斷口形貌，希望能為實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)所用的試驗(yàn)材料是由寶鋼生產(chǎn)的板材厚度為1.8mm的800MPa級(jí)TRIP鋼。它的化學(xué)組成如表1所示。

表1 TRIP800鋼板的化學(xué)成分（wt%）

試驗(yàn)前將TRIP800鋼板焊接試樣用線切割機(jī)加工成100mm×150mm×1.8mm試樣，焊接前用金相砂紙對(duì)焊接試樣進(jìn)行打磨去除毛刺以及鐵銹，并用丙酮清洗，焊接接頭采用對(duì)接接頭。試樣對(duì)接好后在激光焊接工作站平臺(tái)上進(jìn)行焊接。根據(jù)國(guó)標(biāo)（GB50205-2001）中的規(guī)定，將焊接后的試樣進(jìn)行加工，用線切割機(jī)加工成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。試驗(yàn)完成后記錄每個(gè)試樣的最大拉應(yīng)力、斷裂位置、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能參數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 激光參數(shù)對(duì)焊接接頭力學(xué)性能的影響

通過對(duì)焊接件的拉伸試驗(yàn)，測(cè)量出了每個(gè)試件的抗拉強(qiáng)度，然后選出焊接速度和離焦量相同而焊接功率不同的試件比較其抗拉強(qiáng)度的變化。從圖1中可以看到，伴隨著焊接激光功率的增加，接頭抗拉強(qiáng)度會(huì)有很微小的上升的趨勢(shì)，形成這樣結(jié)果的原因可能是隨著焊接功率的增加，對(duì)焊縫的熱輸入會(huì)增加，使得奧氏體化的程度加大，在冷卻過程中形成馬氏體的時(shí)間上得到延長(zhǎng)，使得馬氏體轉(zhuǎn)變更徹底，馬氏體含量增多，使接頭的抗拉強(qiáng)度增大。

2.2 激光焊工藝參數(shù)對(duì)接頭組織形貌的影響

對(duì)焊接后的試件的熱影響區(qū)組織進(jìn)行觀察，熱影響區(qū)的組織主要是由馬氏體以及貝氏體構(gòu)成的，貝氏體晶界上會(huì)分布一定數(shù)量的板條狀馬氏體，馬氏體和貝氏體的晶界交界處會(huì)分布少量的的殘余奧氏體。隨著焊接速度的持續(xù)提高，熱影響區(qū)的組織也就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從圖中可以看出來，焊接速度為5mm/s時(shí)產(chǎn)生的熱影響區(qū)組織明顯比焊接速度為9mm/s時(shí)的組織粗大，并且伴有較多的貝氏體。形成這種結(jié)果的原因是：在小的焊接速度下焊接，焊縫處冷卻的很慢、過冷度也會(huì)相應(yīng)的比較小，并且熔池金屬在高溫環(huán)境下也會(huì)相應(yīng)的停留較長(zhǎng)的時(shí)間，在較大的焊接速度條件下，晶粒會(huì)比較細(xì)小，形成的貝氏體較多。在這種情況下，一則晶粒有充分的長(zhǎng)大的時(shí)間，二則較高的熔池溫度有利于碳原子擴(kuò)散，幫助了貝氏體的形成。

2.3 斷口掃描電鏡結(jié)果分析

選擇焊接功率為600W ，焊接速度為7mm/s ，離焦量為+1mm的試件的斷口進(jìn)行掃描分析，在圖2中可以看到有大量的韌窩存在，屬于典型的微孔聚集型斷裂，這是因?yàn)榱鸭y產(chǎn)生后產(chǎn)生了一定的塑性變形，應(yīng)力得到了松弛，這樣應(yīng)力值就會(huì)降到屈服強(qiáng)度以上但是達(dá)不到抗拉強(qiáng)度值，所以在這個(gè)期間要發(fā)生大量的塑性變形，由于縮頸的產(chǎn)生就會(huì)使得裂紋源位置產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，由單向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槿蚶鞝顟B(tài)，由此產(chǎn)生多個(gè)裂紋，在裂紋擴(kuò)展過程中裂紋長(zhǎng)大之間相互連接形成韌窩。在圖中可以看到屬于等軸韌窩，是典型的韌性斷裂。

圖1 不同焊接功率條件下抗拉強(qiáng)度關(guān)系

3 結(jié)論

在焊接速度為5mm/s～9mm/s，焊接功率為550W～600W，離焦量為-1mm、0mm、+1mm的范圍內(nèi)TRIP800鋼激光焊接時(shí)最佳工藝參數(shù)為焊接速度為7mm /s，最焊接功率為570W ，離焦量為-1mm。

在拉伸曲線中可以看出試件在斷裂前發(fā)生大量的塑性變形，在斷口掃描照片分析得到為典型的韌性斷裂，斷口上有大量的韌窩存在，從斷裂機(jī)理上來看屬于典型的微孔聚集型斷裂。

圖2 4000倍條件下接頭斷口SEM微觀組織

[1]于燕, 楊海峰, 張小盟.TRIP800鋼板點(diǎn)焊接頭的組織和性能[J].機(jī)械工程材料,2013 (9):13-15.

[2]陳立偉,姜秋月,于燕等.鍍鋅鋼板激光焊焊接接頭組織與性能[J].熱加工工藝,2016,45,(15):222-224.

陳立偉(通訊作者)(1990.02.15 —),男,遼寧北票人,助教,碩士,主要研究汽車用鋼焊接性能。

Microstructure and properties of welded joint of TRIP800 laser welding

Miao Liqing1,Chen Liwei2,
(1.Zhangjiakou Hercules Boiler Manufacturing Co. Ltd.,Zhangjiakou Hebei,075000；2.College of Mechanical Engineering,Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou Hebei, 075000)

In this paper, the welding power, welding speed and the technical parameters of the welding speed of laser welding are changed to TRIP800 steel plate with thickness of 1.8mm. when the welding speed is 7mm /s, the welding power is 570W, the defocusing amount is -1mm;It can be seen for typical ductile fracture in the SEM photo analysis, fracture on the existence of a large number of dimples, the fracture mechanism from the view belongs to the typical micropore aggregation fracture.

TRIP800 steel plate; laser welding; process parameter; Ductile fracture

苗力青（1973-）,男,河北張家口人,焊接責(zé)任師,大專,主要研究鍋爐壓力容器壓力管道承壓設(shè)備的焊接技術(shù)及管理。