TRIP800高強度鋼激光焊工藝

賈坤寧，秦漢林，孟大偉，姜秋月，董 文

（長春工程學院 機電學院，吉林 長春 130012）

TRIP800高強度鋼激光焊工藝

賈坤寧，秦漢林，孟大偉，姜秋月，董 文

（長春工程學院 機電學院，吉林 長春 130012）

針對TRIP800高強度鋼進行激光焊接工藝研究。實驗結果表明：1.8 mm厚的TRIP800高強度鋼在純度大于99.9%的氬氣保護下，采用光纖激光器焊接，在焊接速度7mm/s、激光功率570W、離焦量0mm的工藝參數(shù)條件下可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫；焊接接頭的抗拉強度660 MPa，斷裂方式為塑性斷裂。最佳工藝參數(shù)條件下的焊縫硬度呈現(xiàn)“M”形分布，接頭的最高硬度出現(xiàn)在熱影響區(qū)，焊縫區(qū)硬度較高，母材硬度最低。

TRIP800高強度鋼；激光焊；激光功率；焊接速度；離焦量

0 前言

隨著汽車制造行業(yè)的進步和發(fā)展，各國汽車制造行業(yè)加快了對質(zhì)輕、安全、節(jié)能又環(huán)保型汽車的研究。TRIP800高強度鋼板既能保證車體整體安全，又能使車身整體實現(xiàn)輕量化，被認為是新一代最佳高強度汽車板用鋼[1-2]。激光焊接是一種先進的生產(chǎn)工藝，它能以高速度施焊，焊接完成后形成性能優(yōu)良的焊縫，然而不同的焊接參數(shù)會影響接頭質(zhì)量。本研究采用激光焊對TRIP800高強度鋼板進行焊接，研究激光功率、焊接速度、離焦量對TRIP800高強度鋼板激光焊的焊縫成形及性能的影響，為TRIP800高強度鋼板的實際應用奠定理論數(shù)據(jù)基礎。

1 實驗材料及方法

試驗鋼為厚度1.8 mm的TRIP800高強度鋼板，其化學成分見表1。焊接設備為2 000 W的IPG激光器和KUKA焊接機器人，焊接試樣尺寸100mm× 150 mm×1.8 mm，焊接接頭采用對接，焊接過程采用純度大于99.9%的氬氣保護，焊前清理表面油污[3]。將不同焊接參數(shù)下獲得的焊接件加工成金相試樣和標準拉伸試樣，測試組織性能。

表1 TRIP800鋼板的化學成分Table 1 Chemical component of TRIP800 steel %

2 實驗結果和分析

2.1 焊接速度對焊縫成形質(zhì)量的影響

焊接功率570 W，離焦量0 mm，焊接速度分別為5 mm/s、7 mm/s、9 mm/s進行激光焊接，所獲接頭的焊縫成形如圖1所示。當焊接速度為5 mm/s時，由于焊接速度較慢，熱輸入量較大，焊縫出現(xiàn)塌陷；當焊接速度為7 mm/s時，焊縫寬度恰當，成形效果較好；當焊接速度提高到9 mm/s時，焊縫處出現(xiàn)未熔合現(xiàn)象，原因是焊接速度的增加減少了接頭的焊接熱輸入，焊縫冷卻速度加快，使得焊縫成形所需熱量不足，從而出現(xiàn)未熔合的焊縫。

圖1 不同焊接速度條件下的焊縫形貌Fig.1 Weld seam appearance under different weld speed

2.2 焊接速度對焊縫成形質(zhì)量的影響

焊接速度7 mm/s，離焦量0 mm，焊接功率依次為550 W、570 W、600 W進行激光焊接，接頭焊縫成形如圖2所示。在焊接功率較小的條件下，焊縫可能會出現(xiàn)未熔合或未焊透現(xiàn)象，這是由于焊接功率較小導致焊接接頭的熱輸入不足所引起。隨著激光焊接功率的增大，達570 W時，接頭成形性能較好，焊縫寬度正好。隨著激光功率的繼續(xù)增大，達到600 W時，焊縫成形性能依然較好，但焊縫寬度變大，這是因為在相同的焊接速度條件下，較大的焊接功率會增加對接頭的熱輸入。

圖2 不同焊接功率條件下的焊縫形貌Fig.2 Weld seam appearance under different weld power

2.3 離焦量對焊縫成形質(zhì)量的影響

焊接功率570 W，焊接速度7 mm/s，離焦量分別為0 mm、+1 mm、-1 mm時的焊縫成形如圖3所示。較薄的板材進行激光焊接試驗時有一個最好的離焦量，在這個離焦量條件下進行焊接，所得焊縫形貌最好，整個焊縫的寬度也適當；當離焦量小于或者大于該值時，導致焊接熱輸入變化，所得焊縫的宏觀形貌都不是最適當?shù)?。由圖3可知，在焊接速度和焊接功率不變的條件下，當離焦量為+1 mm時，焊縫寬度明顯小于另外兩個離焦量的焊縫寬度；當離焦量為0 mm或-1 mm時，焊縫宏觀形貌基本無差別，但是由于-1 mm熱輸入量大，所以變形程度大于前者，加之焊接材料屬于薄板，所以選擇離焦量為0 mm較為適當。

圖3 不同離焦量條件下的焊縫形貌Fig.3 Weld seam appearance under different defocus amount

綜上所述，TRIP800高強度鋼優(yōu)化的激光焊工藝參數(shù)為：焊接速度7 mm/s，激光功率570 W，離焦量0 mm。

2.4 力學性能

采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)焊接試件，按照國家標準加工標準的拉伸試樣，經(jīng)過拉伸測試，拉伸試樣斷裂部位為母材，焊接接頭的抗拉強度為660 MPa。在掃描電鏡下觀察拉伸后的斷口，斷口形貌如圖4所示，在母材的斷裂位置有較多的韌窩，符合塑性斷裂的基本特征，所以這種斷裂方式是塑性斷裂。

選取焊接功率570 W、離焦量0 mm、焊接速度7 mm/s的接頭進行硬度測試，利用origin軟件對測試后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，結果如圖5所示。焊縫硬度呈“M”形，接頭最高硬度出現(xiàn)在熱影響區(qū)，為513HV，焊縫區(qū)也有較高硬度；母材硬度最低，平均硬度約為240 HV。究其原因，隨著焊接速度的增大，對接頭的熱輸入減小，冷卻速度增大，晶粒變小，從而增加接頭強度。

3 結論

圖4 斷口微觀形貌Fig.4 Fracture morphology of tensile specimen

圖5 焊縫硬度Fig.5 Hardness of weld

（1）TRIP800高強度鋼激光焊最佳焊接工藝參數(shù)為：焊接速度7 mm/s，激光功率570 W，離焦量0 mm。

（2）在最佳工藝參數(shù)條件下獲得的焊接試件經(jīng)過拉伸測試，拉伸試樣斷裂部位為母材，焊接接頭抗拉強度為660MPa，斷裂方式是塑性斷裂。

（3）最佳工藝參數(shù)條件下的焊縫硬度呈“M”形，接頭的最高硬度出現(xiàn)在焊縫的熱影響區(qū)，焊縫區(qū)也有較高硬度，母材的硬度最低。焊縫熱影響區(qū)的最高硬度可達513 HV，而母材的平均硬度約為240 HV。

[1]姜秋月，王風雪，于燕.汽車用TRIP800高強鋼板點焊工藝優(yōu)化研究[J].熱加工工藝，2012（7）：154-156.

[2]葉平，沈建平.汽車輕量化用高強度鋼現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].機械工程材料，2006，30（3）：4-7.

[3]梅述文，成群林，胡佩佩，等.TC4鈦合金蒙皮骨架結構件光纖激光焊工藝研究[J].熱加工工藝，2015（2），83-86.

Laser welding process of TRIP800 high strength steel

JIA Kunning，QIN Hanlin，MENG Dawei，JIANG Qiuyue，DONG Wen
（Department of Electrical and Mechanical，Changchun Institute of Technology，Changchun 130012，China）

Laser welding process of TRIP800 high strength steel was studied in this paper.The results showed that，when the tested steel is 1.8 mm thick and the concentration of argon is greater than 99.9%，the high-quality welds can be obtained when laser welding speed is 7 mm/s，the laser power is 570 W，the defocus amount is 0 mm；tensile strength of welded joints is 660 MPa，the fracture mode is ductile fracture.The hardness of the weld under optimum conditions presents"M"shape，the maximum hardness at heat-affected zone of the weld joint，the weld zone also has high hardness，the hardness of the base material is the lowest.

TRIP800 high strength steel；laser welding；laser power；welding speed；defocus amount

TG456.7

B

1001－2303（2017）03－0102-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.03.20

獻

賈坤寧，秦漢林，孟大偉，等.TRIP800高強度鋼激光焊工藝[J].電焊機，2017，47（03）：102-104.

2016-03-25；

2016-11-30

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201511437039）

賈坤寧（1978—），女，吉林長春人，副教授，博士，主要從事金屬材料焊接的研究工作。