試驗(yàn)材料和條件

    在本試驗(yàn)中，對(duì)等厚/不等厚/同材/不同材鋼板進(jìn)行了激光拼焊試驗(yàn)。激光器使用的是CO₂快速軸流氣體激光器。聚焦透鏡焦距為220mm，工藝輔助氣體為氦氣。激光的輸出模式為Q模。

試驗(yàn)用鋼的性能數(shù)據(jù)見表1所示：

    在本研究中，分別進(jìn)行了同厚/同材，同厚/不同材，差厚/同材，差厚/不同材等不同試驗(yàn)組合進(jìn)行激光拼焊試驗(yàn)，材料組合見表2所示。

    激光拼焊對(duì)對(duì)接材料的邊部質(zhì)量要求很高。目前國(guó)內(nèi)外在激光焊接前，對(duì)材料端部的準(zhǔn)備大致有如下幾種使用高精度剪切的方法：使用機(jī)械碾壓的方法；使用激光切割的方法；使用雙光束的方法；使用精沖的方法等。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，本試驗(yàn)在進(jìn)行激光拼焊之前，使用激光切割的方法進(jìn)行邊部準(zhǔn)備。激光切割后，邊部質(zhì)量完全達(dá)到激光拼焊的要求。

結(jié)果與討論

    1.激光焊接接頭的力學(xué)性能

    激光拼焊橫向拉伸試驗(yàn)時(shí)，均斷裂在母材部位，所測(cè)的性能無(wú)法反映焊接接頭的情況。而縱向拉伸時(shí)，激光焊縫沿整個(gè)試樣長(zhǎng)度方向上分布，能夠反映激光拼焊焊接接頭的情況。縱向拉伸時(shí)，四種不同組合情況下激光焊接接頭的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的變化見圖1所示。

    從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，其強(qiáng)度比母材有一定程度的提高。這是因?yàn)榧す夂附雍缚p的形成過(guò)程是一個(gè)快速冷卻過(guò)程，其強(qiáng)度和硬度必然比母材有一定程度的提高，而塑性有一定程度的降低。從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，厚度比率對(duì)激光焊強(qiáng)度影響不大，而材料等級(jí)的差異，對(duì)激光拼焊強(qiáng)度的影響較大。在不同等級(jí)的材料激光拼焊后，焊接接頭的強(qiáng)度主要取決于低強(qiáng)度等級(jí)的材料，而并非為兩種材料強(qiáng)度的平均值。

    2.杯突試驗(yàn)

    杯突試驗(yàn)測(cè)定試件發(fā)生破裂時(shí)的最大成形深度。在本研究中，比較了四種不同情況下激光焊焊接接頭部位杯突值與母材相比的下降情況，見圖2所示。杯突值的降低是以厚度較薄或強(qiáng)度較弱一側(cè)的鋼板為基礎(chǔ)的。從結(jié)果可以看出，激光焊的杯突值較母材都有一定程度的降低，拼焊鋼板厚度比率的變化對(duì)杯突值的降低影響較大。圖3為屈服強(qiáng)度對(duì)杯突值降低的影響，從結(jié)果可以看出，其影響不大。

    3.極限拱頂高

    測(cè)極限拱頂高時(shí)，使材料處于純拉脹變形狀態(tài)，測(cè)定發(fā)生破裂時(shí)的成形深度。在本研究中，比較了屈服強(qiáng)度對(duì)極限拱頂高的影響，見圖4所示。從結(jié)果可以看出，激光焊焊接接頭處的極限拱頂高比母材都有一定程度的降低，屈服強(qiáng)度的影響不大。

    在本研究中，還獲得了在四種不同組合情況下激光焊焊接接頭處極限拱頂高與母材相比的下降率，見圖5所示。從結(jié)果可以看出，與母材相比，差厚/不同材時(shí)激光焊焊接接頭極限拱頂高下降值最大，其它三種組合極限拱頂高也都有一定程度的下降。

    4.擴(kuò)孔試驗(yàn)

    本試驗(yàn)測(cè)定孔邊開裂時(shí)的孔徑與初始孔徑的相對(duì)差值，用以評(píng)價(jià)材料的翻邊性能。下圖為四種組合情況下激光焊焊接接頭擴(kuò)孔率與母材相比的下降率，從結(jié)果可以看出，擴(kuò)孔率的下降與極限拱頂高的下降相比程度較大，在差厚/同材情況時(shí)擴(kuò)孔率下降程度最大。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    圖7為屈服強(qiáng)度對(duì)擴(kuò)孔率的影響。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，激光焊擴(kuò)孔率比母材下降程度大。

    5.成形極限圖（FLD）
 
    對(duì)在第5種組合情況下的激光拼焊板進(jìn)行印制網(wǎng)格，成形后用工具顯微鏡測(cè)量變形網(wǎng)格的長(zhǎng)短軸繪制出成形極限圖（FLD），見圖8。結(jié)果顯示，由于焊縫影響，材料變形受到牽制，主應(yīng)變明顯下降，成形極限圖中的FLD0基板為44%，拼焊板為30%。由此可見，冷軋鋼板激光拼焊后，焊縫處的成形性能較母材有一定程度的降低，故其在零部件上所處的位置應(yīng)避開成形最復(fù)雜部位。同時(shí)從圖中還可以看出，危險(xiǎn)區(qū)域的最大應(yīng)變?yōu)?4%，從而拼焊板部位仍尚有16%的應(yīng)變余度，這說(shuō)明激光拼焊板部位仍能滿足汽車板沖壓要求。

結(jié)論

    通過(guò)對(duì)冷軋鋼板在不同組合情況下激光拼焊接頭力學(xué)性能和成形性能試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：

    1、激光焊后的焊接接頭部位其強(qiáng)度比母材有一定程度的提高。厚度比率的變化對(duì)強(qiáng)度的影響沒(méi)有材料等級(jí)比率變化影響大。不同強(qiáng)度等級(jí)的激光焊接接頭強(qiáng)度主要取決于低強(qiáng)度等級(jí)的材料。

    2、焊接接頭部位其成形性性能比母材有一定程度的降低。隨拼焊板厚度差異和強(qiáng)度差異的增加，成形性能降低。