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.河北建筑工程學院機械工程學院，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.河北建筑工程學院機械工程學院，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)對厚度為1.8mm的TRIP800鋼板進行焊接，激光焊接時最佳工藝參數(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鋼是目前最具應用價值的新一代汽車用鋼，其具有高的屈服強度、抗拉強度和良好的塑韌性以及具有好的沖壓成形性能等優(yōu)點[1][2]。激光焊接作為一種新興的先進的焊接方法，有著焊接速度快，焊縫成形質(zhì)量好等特點，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，本文選擇了強度為800級的TRIP800鋼板進行了激光焊焊接試驗，研究了TRIP800鋼板激光焊焊接頭的力學性能、顯微組織以及斷口形貌，希望能為實際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 試驗材料與方法

實驗所用的試驗材料是由寶鋼生產(chǎn)的板材厚度為1.8mm的800MPa級TRIP鋼。它的化學組成如表1所示。

表1 TRIP800鋼板的化學成分（wt%）

試驗前將TRIP800鋼板焊接試樣用線切割機加工成100mm×150mm×1.8mm試樣，焊接前用金相砂紙對焊接試樣進行打磨去除毛刺以及鐵銹，并用丙酮清洗，焊接接頭采用對接接頭。試樣對接好后在激光焊接工作站平臺上進行焊接。根據(jù)國標（GB50205-2001）中的規(guī)定，將焊接后的試樣進行加工，用線切割機加工成標準拉伸試樣。試驗完成后記錄每個試樣的最大拉應力、斷裂位置、抗拉強度等力學性能參數(shù)。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 激光參數(shù)對焊接接頭力學性能的影響

通過對焊接件的拉伸試驗，測量出了每個試件的抗拉強度，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，接頭抗拉強度會有很微小的上升的趨勢，形成這樣結(jié)果的原因可能是隨著焊接功率的增加，對焊縫的熱輸入會增加，使得奧氏體化的程度加大，在冷卻過程中形成馬氏體的時間上得到延長，使得馬氏體轉(zhuǎn)變更徹底，馬氏體含量增多，使接頭的抗拉強度增大。

2.2 激光焊工藝參數(shù)對接頭組織形貌的影響

對焊接后的試件的熱影響區(qū)組織進行觀察，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)的組織也就會發(fā)生相應的變化，從圖中可以看出來，焊接速度為5mm/s時產(chǎn)生的熱影響區(qū)組織明顯比焊接速度為9mm/s時的組織粗大，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、過冷度也會相應的比較小，并且熔池金屬在高溫環(huán)境下也會相應的停留較長的時間，在較大的焊接速度條件下，晶粒會比較細小，形成的貝氏體較多。在這種情況下，一則晶粒有充分的長大的時間，二則較高的熔池溫度有利于碳原子擴散，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，這是因為裂紋產(chǎn)生后產(chǎn)生了一定的塑性變形，應力得到了松弛，這樣應力值就會降到屈服強度以上但是達不到抗拉強度值，所以在這個期間要發(fā)生大量的塑性變形，由于縮頸的產(chǎn)生就會使得裂紋源位置產(chǎn)生復雜應力狀態(tài)，由單向應力狀態(tài)變?yōu)槿蚶鞝顟B(tài)，由此產(chǎn)生多個裂紋，在裂紋擴展過程中裂紋長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鋼板點焊接頭的組織和性能[J].機械工程材料,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,焊接責任師,大專,主要研究鍋爐壓力容器壓力管道承壓設備的焊接技術(shù)及管理。