TRIP钢激光焊接辅助感应加热焊缝性能研究Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望汇报内容汇报内容1.1.TRIPTRIP钢与激光焊接简介钢与激光焊接简介2.2.试验材料与试验方法试验材料与试验方法3.3.试验结果和分析试验结果和分析4.4.结论结论5.5.致谢和参考文献致谢和参考文献TRIP(Transformation induced plasticTRIP(Transformation induced plastic相变诱导塑性钢相变诱导塑性钢) )是开发先进高强汽车板的主要措施，是开发先进高强汽车板的主要措施， TRIP TRIP钢的强度高、钢的强度高、延性大，较好的解决了强度和塑性的矛盾；延性大，较好的解决了强度和塑性的矛盾；TRIPTRIP钢的强塑钢的强塑积通常积通常2000020000；而一般钢种仅为；而一般钢种仅为1500015000。主要用于汽车结构。主要用于汽车结构件、安全件和加强件。件、安全件和加强件。1.TRIP1.TRIP钢与激光焊接简介钢与激光焊接简介内板内板内板内板外板外板外板外板结构件结构件结构件结构件图1 先进高强度钢板种类及发展趋势 TRIPTRIP钢的性能决定了化学成分的碳当量一定较高，而碳当钢的性能决定了化学成分的碳当量一定较高，而碳当量超过量超过0.3%0.3%，激光焊接的难度将会增加，冷裂纹倾向也会，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。应加热方法降低冷却速度。TRIPTRIP钢焊缝区域能否顺利通过冷连轧机的连续轧制而不发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生断带，成为酸轧联合机组能否稳定连续生产TRIPTRIP钢的主钢的主要因素。提高要因素。提高TRIPTRIP钢焊缝质量实现焊缝区域轧制时不发生钢焊缝质量实现焊缝区域轧制时不发生断带，意义重大。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.TRIP1.TRIP钢与激光焊接简介钢与激光焊接简介试验材料为试验材料为TRIP700TRIP700热轧钢板，厚度热轧钢板，厚度3.75mm3.75mm。试验方法试验方法 采用采用CO2CO2激光焊辅助感应加热的方法进行焊接，试验数激光焊辅助感应加热的方法进行焊接，试验数据：激光功率据：激光功率10.5kW10.5kW，焊接速度，焊接速度5m/min5m/min，焦距使用，焦距使用-1.5mm-1.5mm。采用不同的预热和后热功率进行焊接。采用不同的预热和后热功率进行焊接。 激光激光功率功率kWkW焊接速度焊接速度m/minm/min焦点位置焦点位置mmmm预热功率预热功率% %后热功率后热功率% %10.510.55 5-1.5-1.5采用不同数采用不同数值采用不同数值采用不同数值2.2.试验材料与试验方法试验材料与试验方法化学成分化学成分( (质量分数，质量分数，%)%)力学性能力学性能C CMnMnSiSip pS SFeFeRe/MPaRe/MPaRm /MPaRm /MPaA(%)A(%)0.140.141.651.650.520.520.0170.0170.0010.001余量余量5415417337331515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焊缝区域的测试 测试方法测试方法获得的数据获得的数据测试的目的测试的目的距焊缝不同位置温度距焊缝不同位置温度测试测试各位置最高温度值各位置最高温度值 评价加热能量的不同对焊评价加热能量的不同对焊缝冷却速度的影响及评价缝冷却速度的影响及评价冷裂纹出现的可能性冷裂纹出现的可能性显微维氏硬度测试显微维氏硬度测试焊缝区域的显微硬度焊缝区域的显微硬度在理论上判断是否产生冷在理论上判断是否产生冷裂纹裂纹拉伸试验拉伸试验屈服强度、断裂强度、屈服强度、断裂强度、断面收缩率断面收缩率评价强度和塑性评价强度和塑性杯突测试杯突测试杯突高度、开裂时的载杯突高度、开裂时的载荷值荷值各参数对焊缝区域韧性的各参数对焊缝区域韧性的影响影响2.2.试验材料与试验方法试验材料与试验方法表3 测试方法和目的3.13.1碳当量及裂纹敏感性理论分析碳当量及裂纹敏感性理论分析 根据日本焊接学会协会根据日本焊接学会协会 Ceq(WES)= Ceq(WES)= C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14公式公式11进行计算，进行计算，TRIP700TRIP700钢的碳当量为钢的碳当量为0.44%0.44%，仅从化学成分来判断属于，仅从化学成分来判断属于焊接性中等的钢种。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+5BPcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/50+V/10+5B进行进行计算，计算，TRIP700TRIP700钢冷裂敏感系数为钢冷裂敏感系数为0.240.24。淬硬较大。淬硬较大, ,属于属于裂纹敏感钢质。裂纹敏感钢质。 3.3.试验结果与分析试验结果与分析过渡材质焊缝质量与过渡材质焊缝质量与TRIPTRIP钢焊缝质量比较：钢焊缝质量比较：3.23.2焊接试验及性能分析焊接试验及性能分析序序号号材质组合材质组合焊缝焊缝型式型式激光激光功率功率kWkW焊接速度焊接速度m/minm/min焦点位焦点位置置mmmm预热功预热功率率% %后热功后热功率率% %1 1St12(3.5mm)St12(3.5mm)TRIP(3.75mm)TRIP(3.75mm)对接对接10.510.55 5-1.5-1.50 040402 2TRIP(3.75mm)TRIP(3.75mm)TRIP(3.75-mm)TRIP(3.75-mm)对接接10.510.55 5-1.5-1.50 04040备注：预热功率备注：预热功率100%=40 kW 100%=40 kW 表5 杯突值数据 序号序号深度深度(mm)(mm)加载加载(kN)(kN)高度高度(mm)(mm)加载加载(kN)(kN)高度高度(mm)(mm)加载加载(kN)(kN)高度高度(mm)(mm)加载加载(kN)(kN)1 113.913.9606013.113.164.964.9121263.163.1131362.662.62 29.49.454.554.510.310.361.661.610.110.164.464.49.99.960.160.13.3.试验结果与分析试验结果与分析表4 焊接参数和感应加热参数 表6 杯突值数据均值 序号序号深度深度(mm)(mm)加载加载(kN)(kN)1 113.013.062.762.72 29.99.960.260.2对比软钢质与对比软钢质与TRIP700TRIP700钢焊缝及钢焊缝及TRIP700TRIP700钢同钢质焊缝数据钢同钢质焊缝数据( (单个数据单个数据 均值对比均值对比) )及杯突测试图片及杯突测试图片, ,前者优于后者。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、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。因焊缝通过冷连轧机而避免焊缝区域发生断带事故。 3.3.试验结果与分析试验结果与分析图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。热电偶测量距离焊缝不同位置的最高温度值。3.2.13.2.1距焊缝不同位置温度测试距焊缝不同位置温度测试由图由图5 5可以看出可以看出使用后加热参数使用后加热参数更能有效提高焊更能有效提高焊缝各区域的最高缝各区域的最高温度，降低焊缝温度，降低焊缝的冷却速度，达的冷却速度，达到减少或避免冷到减少或避免冷裂纹产生改善焊裂纹产生改善焊缝塑性和韧性。缝塑性和韧性。 3.3.试验结果与分析试验结果与分析图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测量了焊缝区域的微观硬度见图6 6。为了避免冷裂纹或。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小于350HV 350HV 22。 3.2.23.2.2显微维氏硬度测试显微维氏硬度测试3.3.试验结果与分析试验结果与分析图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，在图根据这个数值，在图6 6中的中的las10las10、las5las5在理论上应该没有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。最低限制的上方。3.3.试验结果与分析试验结果与分析对不同加热参数焊缝试样进行拉伸试验对不同加热参数焊缝试样进行拉伸试验, ,得到下表的结果。得到下表的结果。 3.2.33.2.3拉伸试验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-54173315-Las10053769340mm；焊缝断Las2420524729927mm；母材断Las50425207381226mm；母材断Las6085504724836mm；母材断Las742424967111033mm；母材断Las885424716681117mm；母材断Las94285494701726mm；母材断Las1085053674511不确定3.3.试验结果与分析试验结果与分析表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，将表比较，将表7数据绘制如图数据绘制如图7。从屈服强度、断裂强度及断面收缩率等数据综合评价，从屈服强度、断裂强度及断面收缩率等数据综合评价，Las5Las5焊缝试样相对较好。焊缝试样相对较好。 3.3.试验结果与分析试验结果与分析图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，得到表对焊缝试样分别做杯突测试，得到表8 8数值；可以看出，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。厂连续生产的好参数。 3.2.43.2.4杯突测试杯突测试编号预热%后热%高度(mm)最大加载(kN)TRIPBM-12.9174Las1007.486.7Las2420975.6Las38507.373.6Las4007.283.9Las50428.9103.1Las60856.688.9Las742426.977.9Las885426.168.3Las942856.166.1Las108506.875.93.3.试验结果与分析试验结果与分析表8 不同加热参数焊缝杯突数据 将表将表8 8数值绘制成柱状图数值绘制成柱状图( (图图8)8)能够更直观表现各数值能够更直观表现各数值间不同。间不同。结合图结合图8 8和和表表8 8数据就数据就可以看出可以看出las5las5有较好有较好的韧性。的韧性。3.3.试验结果与分析试验结果与分析图8 焊缝试样杯突试验数据图 可以看出可以看出Las1Las1没有预热和后热在焊缝处有明显可见的冷裂没有预热和后热在焊缝处有明显可见的冷裂纹；而纹；而Las5Las5未使用预热，采用未使用预热，采用42%42%后热，未产生冷裂纹。后热，未产生冷裂纹。 对于两个典型焊缝试样对于两个典型焊缝试样Las1Las1和和Las5Las5进行显微结构分析。进行显微结构分析。 3.3.试验结果与分析试验结果与分析图9 Las1与las5焊缝试样显微结构图片 (1)(1)相同焊接参数及加热功率的条件下，从载荷的大小和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杯突的高度均表明软钢质与TRIP700TRIP700的焊缝均优于的焊缝均优于TRIP700TRIP700同钢质焊缝。同钢质焊缝。(2)(2)使用后加热参数更能有效的提高焊缝各区域的最高温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。度同时降低焊缝的冷却速度。(3)(3)焊接焊接TRIP700TRIP700钢时预热和后热功率对焊缝区域的硬度、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强度及裂纹的产生均有比较明显的影响, ,通过试验数据表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。明预热和后热的同时使用降低了焊缝区域的强度。(4)(4)综合杯突、拉伸及焊缝区域的微观硬度测量数据表明综合杯突、拉伸及焊缝区域的微观硬度测量数据表明使用后加热使用后加热42%42%的加热参数可以得到综合性能较好的焊缝。的加热参数可以得到综合性能较好的焊缝。 4.4.结论结论致谢致谢 在焊接测试和数据分析以及论文撰写过程中，得到了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，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。的谢意。参考文献参考文献 1 1 张文钺等张文钺等. .焊接冶金学焊接冶金学( (基本原理基本原理)M.)M.北京：机械工北京：机械工 业出版社，业出版社，1999. 1911999. 191 2 2 阎启阎启. .焊接焊接J.J.热轧高强双相钢焊接性研究，热轧高强双相钢焊接性研究，20082008，(7)(7)：51515.5.致谢和参考文献致谢和参考文献谢谢大家谢谢大家！