钢激光焊接辅助感应加热焊缝性能研究.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/2/9,第八届中国钢铁年会,北京,TRIP,钢激光焊接辅助感应加热焊缝性能研究,李志强,汇报内容,TRIP,钢与激光焊接简介,试验材料与试验方法,试验结果和分析,结论,致谢和参考文献,TRIP(Transformation induced plastic,相变诱导塑性钢,),是开发先进高强汽车板的主要措施，,TRIP,钢的强度高、延性大，较好的解决了强度和塑性的矛盾；,TRIP,钢的强塑积通常,20000,；而一般钢种仅为,15000,。主要用于汽车结构件、安全件和加强件。,1.TRIP,钢与激光焊接简介,内板,外板,结构件,图,1,先进高强度钢板种类及发展趋势,TRIP,钢的性能决定了化学成分的碳当量一定较高，而碳当量超过,0.3%,，激光焊接的难度将会增加，冷裂纹倾向也会增大，焊缝区域发生明显硬化同时塑性降低。可以通过感应加热方法降低冷却速度。,TRIP,钢焊缝区域能否顺利通过冷连轧机的连续轧制而不发生断带，成为酸轧联合机组能否稳定连续生产,TRIP,钢的主要因素。提高,TRIP,钢焊缝质量实现焊缝区域轧制时不发生断带，意义重大。,图,2,低碳钢焊接参数焊接的,TRIP,钢焊缝杯突图片,1.TRIP,钢与激光焊接简介,试验材料为,TRIP700,热轧钢板，厚度,3.75mm,。,试验方法,采用,CO2,激光焊辅助感应加热的方法进行焊接，试验数据：激光功率,10.5kW,，焊接速度,5m/min,，焦距使用,-1.5mm,。采用不同的预热和后热功率进行焊接。,激光,功率,kW,焊接速度,m/min,焦点位置,mm,预热功率,%,后热功率,%,10.5,5,-1.5,采用不同数值,采用不同数值,2.,试验材料与试验方法,化学成分,(,质量分数，,%),力学性能,C,Mn,Si,p,S,Fe,Re/MPa,Rm/MPa,A(%),0.14,1.65,0.52,0.017,0.001,余量,541,733,15,表,1 TRIP700,钢的化学成分及力学性能,表,2,焊接参数,焊缝区域的测试,测试方法,获得的数据,测试的目的,距焊缝不同位置温度测试,各位置最高温度值,评价加热能量的不同对焊缝冷却速度的影响及评价冷裂纹出现的可能性,显微维氏硬度测试,焊缝区域的显微硬度,在理论上判断是否产生冷裂纹,拉伸试验,屈服强度、断裂强度、断面收缩率,评价强度和塑性,杯突测试,杯突高度、开裂时的载荷值,各参数对焊缝区域韧性的影响,2.,试验材料与试验方法,表,3,测试方法和目的,3.1,碳当量及裂纹敏感性理论分析,根据日本焊接学会协会,Ceq(WES)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14,公式,1,进行计算，,TRIP700,钢的碳当量为,0.44%,，仅从化学成分来判断属于焊接性中等的钢种。,采用日本伊藤等人提出的裂纹敏感系数定义公式,Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/50+V/10+5B,进行计算，,TRIP700,钢冷裂敏感系数为,0.24,。淬硬较大,属于裂纹敏感钢质。,3.,试验结果与分析,过渡材质焊缝质量与,TRIP,钢焊缝质量比较：,3.2,焊接试验及性能分析,序号,材质组合,焊缝,型式,激光,功率,kW,焊接速度,m/min,焦点位置,mm,预热功率,%,后热功率,%,1,St12(3.5mm)TRIP(3.75mm),对接,10.5,5,-1.5,0,40,2,TRIP(3.75mm)TRIP(3.75-mm),对接,10.5,5,-1.5,0,40,备注：预热功率,100%=40 kW,表,5,杯突值数据,序号,深度,(mm),加载,(kN),高度,(mm),加载,(kN),高度,(mm),加载,(kN),高度,(mm),加载,(kN),1,13.9,60,13.1,64.9,12,63.1,13,62.6,2,9.4,54.5,10.3,61.6,10.1,64.4,9.9,60.1,3.,试验结果与分析,表,4,焊接参数和感应加热参数,表,6,杯突值数据均值,序号,深度,(mm),加载,(kN),1,13.0,62.7,2,9.9,60.2,对比软钢质与,TRIP700,钢焊缝及,TRIP700,钢同钢质焊缝数据,(,单个数据,均值对比,),及杯突测试图片,前者优于后者。,但在酸轧联合机组生产时仍需要考虑软钢质的强度、硬度、原料厚度及冷轧压下比尽量接近或相同，才能更好的避免因焊缝通过冷连轧机而避免焊缝区域发生断带事故。,3.,试验结果与分析,图,3 St12,厚度,3.5mm-TRIP,3.75mm(,上视和前视,),图,4 TRIP,3.75mm,同材质,(,上视和前视,),评价加热能量的不同对焊缝冷却速度的影响及评价冷裂纹出现的可能性，采用只用预热或后热的情况下，利用热电偶测量距离焊缝不同位置的最高温度值。,3.2.1,距焊缝不同位置温度测试,由图,5,可以看出使用后加热参数更能有效提高焊缝各区域的最高温度，降低焊缝的冷却速度，达到减少或避免冷裂纹产生改善焊缝塑性和韧性。,3.,试验结果与分析,图,5,不同预热和后热参数时距离焊缝不同位置最高温度,测量了焊缝区域的微观硬度见图,6,。为了避免冷裂纹或氢致裂纹，在激光焊接焊缝区域及熔合区的最大硬度应小于,350HV,2,。,3.2.2,显微维氏硬度测试,3.,试验结果与分析,图,6,不同加热参数的激光焊缝区域的显微硬度分布,根据这个数值，在图,6,中的,las10,、,las5,在理论上应该没有冷裂纹产生，而其他的试验的硬度等级都在冷裂纹产生的最低限制的上方。,3.,试验结果与分析,对不同加热参数焊缝试样进行拉伸试验,得到下表的结果。,3.2.3,拉伸试验,热处理等级,屈服强度,(MPa),断裂强度,(MPa),断面收缩率,(%),断口距离焊缝的距离,(mm),编号,预热,(%),后热,(%),TRIPBM,-,-,541,733,15,-,Las1,0,0,537,693,4,0mm,；焊缝断,Las2,42,0,524,729,9,27mm,；母材断,Las5,0,42,520,738,12,26mm,；母材断,Las6,0,85,504,724,8,36mm,；母材断,Las7,42,42,496,711,10,33mm,；母材断,Las8,85,42,471,668,11,17mm,；母材断,Las9,42,85,494,701,7,26mm,；母材断,Las10,85,0,536,745,11,不确定,3.,试验结果与分析,表,7,焊缝试样做拉伸试验数据及断裂位置,为了更直观表现强度和塑性相对关系及不同参数间的比较，将表,7,数据绘制如图,7,。,从屈服强度、断裂强度及断面收缩率等数据综合评价，,Las5,焊缝试样相对较好。,3.,试验结果与分析,图,7,不同加热参数焊缝试样拉伸曲线,对焊缝试样分别做杯突测试，得到表,8,数值；可以看出，杯突值是分散的。仅从杯突值判断很难选出能够应用于工厂连续生产的好参数。,3.2.4,杯突测试,编号,预热,%,后热,%,高度,(mm),最大加载,(kN),TRIPBM,-,-,12.9,174,Las1,0,0,7.4,86.7,Las2,42,0,9,75.6,Las3,85,0,7.3,73.6,Las4,0,0,7.2,83.9,Las5,0,42,8.9,103.1,Las6,0,85,6.6,88.9,Las7,42,42,6.9,77.9,Las8,85,42,6.1,68.3,Las9,42,85,6.1,66.1,Las10,85,0,6.8,75.9,3.,试验结果与分析,表,8,不同加热参数焊缝杯突数据,将表,8,数值绘制成柱状图,(,图,8),能够更直观表现各数值间不同。,结合图,8,和表,8,数据就可以看出,las5,有较好的韧性。,3.,试验结果与分析,图,8,焊缝试样杯突试验数据图,可以看出,Las1,没有预热和后热在焊缝处有明显可见的冷裂纹；而,Las5,未使用预热，采用,42%,后热，未产生冷裂纹。,对于两个典型焊缝试样,Las1,和,Las5,进行显微结构分析。,3.,试验结果与分析,图,9 Las1,与,las5,焊缝试样显微结构图片,(1),相同焊接参数及加热功率的条件下，从载荷的大小和杯突的高度均表明软钢质与,TRIP700,的焊缝均优于,TRIP700,同钢质焊缝。,(2),使用后加热参数更能有效的提高焊缝各区域的最高温度同时降低焊缝的冷却速度。,(3),焊接,TRIP700,钢时预热和后热功率对焊缝区域的硬度、强度及裂纹的产生均有比较明显的影响,通过试验数据表明预热和后热的同时使用降低了焊缝区域的强度。,(4),综合杯突、拉伸及焊缝区域的微观硬度测量数据表明使用后加热,42%,的加热参数可以得到综合性能较好的焊缝。,4.,结论,致谢,在焊接测试和数据分析以及论文撰写过程中，得到了同事宗旭、程欣的协助和支持。在焊接试样性能测试时，技术中心吕冬工程师给予大力支持和协助。在此致以诚挚的谢意。,参考文献,1,张文钺等,.,焊接冶金学,(,基本原理,)M.,北京：机械工 业出版社，,1999.191,2,阎启,.,焊接,J.,热轧高强双相钢焊接性研究，,2008,，,(7),：,51,5.,致谢和参考文献,谢谢大家,！,