Mater. Sci. Eng. A：QP980激光焊接接頭組織轉變與變形行為研究

【引言】

隨著汽車輕量化要求的越來越高，這促進了先進高強鋼的應用和發展。QP鋼是第三代先進高強鋼的典型鋼種，具有良好的強度和塑性、成本低以及良好的成型性，得到了廣泛關注。在眾多焊接技術當中，激光焊接具有焊接速度高、熱輸入低等眾多優點。但目前幾乎沒有研究人員對第三代先進高強鋼，尤其是QP鋼的激光焊接進行研究。

【成果簡介】

近日，北京航空航天大學郭偉副教授在Materials Science and Engineering: A上發表了最新的研究成果“Microstructural evolution and deformation behavior of fiber laser welded QP980 steel joint”。在該文中，研究人員對QP980激光焊接接頭組織、力學性能及成型性能進行了研究，并和母材進行了對比。討論了由于顯微組織不同而導致的應變硬化區別，并通過對焊接接頭不同區域的變形進行了實時應變測量，進而說明應變硬化的差別。此外，研究人員用杯突實驗和擴孔實驗評估了接頭的成形性。

【圖文導讀】

圖1 激光焊接示意圖及拉伸件尺寸

（a）激光焊接和焊接試板的示意圖

（b）拉伸試樣的形狀和尺寸

圖2 成型實驗示意圖

（a）杯突實驗示意圖

（b）試板上焊縫位置示意圖

（c）沖壓和擴孔實驗示意圖

圖3 QP980母材的顯微組織

（a）經LePra試劑腐蝕的光鏡圖

（b）經Marder&Benscoter試劑腐蝕的光鏡圖

（c）掃描電鏡圖

（d）圖（c）中方框內的回火馬氏體放大圖

（e）殘余奧氏體放大圖

（f）未回火的馬氏體放大圖

圖4 QP980焊接接頭顯微組織

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（a）焊接接頭橫截面

（b）焊縫的掃描電鏡圖

（c）靠近焊縫的熱影響區的掃描電鏡圖

（d）熱影響區中間區域的掃描電鏡圖

（e）遠離焊縫的熱影響區的掃描電鏡圖

（f）圖（e）中殘余奧氏體放大圖

圖5 焊接接頭的X射線衍射圖

圖6 激光焊接接頭橫向顯微硬度

圖7 焊接接頭拉伸性能

（a）焊接接頭和母材的工程應力-應變曲線

（b）焊接接頭和母材的真應力-應變曲線以及加工硬化率曲線

（c）焊接接頭和母材的瞬時硬化率n值和真應變關系圖

（d）不同拉伸階段的應變云圖

（e）不同時刻的軸向應變

（f）焊接接頭的斷裂表面

圖8 焊接接頭成型性能

（a）沖壓力-位移曲線

（b）焊縫位置對杯突深度和試板成型率的影響

圖9 不同焊縫位置的焊接接頭失效圖

（a）焊縫距離試板中心線0mm時，焊接接頭失效位置圖

（b）焊縫距離試板中心線3mm時，焊接接頭失效位置圖

（c）焊縫距離試板中心線4.5mm時，焊接接頭失效位置圖

（d）焊縫距離試板中心線6mm時，焊接接頭失效位置圖

（e）母材失效位置圖

圖10 不同焊縫位置下，杯突實驗失效表面圖

（a）焊縫距離試板中心3mm時，接頭杯突實驗斷裂表面

（b）焊縫距離試板中心6mm時，接頭杯突實驗斷裂表面

（c）母材杯突實驗斷裂表面

圖11 擴孔實驗結果

（a）接頭和母材擴孔載荷-位移曲線

（b）母材擴孔實驗中的斷裂位置

（c）焊接接頭擴孔實驗中的斷裂位置

（d）焊接接頭沖孔邊緣下面的顯微組織

【小結】

激光焊接可以實現QP980的焊接。和母材相比，雖然焊縫存在軟化區，但焊縫強度并沒有降低，延伸率有所下降，拉伸過程中變形主要是母材被拉長。成形性與焊縫位置有很大關系。焊縫位于沖壓中心時，杯突深度最小，成形性只有母材的68.08%；當焊縫距離沖壓中心6mm時，焊縫的成形性達到母材的96%。所有斷面均為韌窩狀。鐵素體和馬氏體界面的孔洞形核以及局部馬氏體的開裂使得接頭的擴孔率遠小于母材，并且斷裂容易發生在焊縫全部是馬氏體的焊接接頭。

文獻鏈接：Microstructural evolution and deformation behavior of fiber laser welded QP980 steel joint（Materials Science and Engineering: A，2018，doi.org/10.1016/j.msea.2018.01.050）。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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