DP1000双相钢激光焊接HAZ软化及接头性能研究

发布时间：2018-05-22 17:18

  本文选题：DP1000双相钢 + 激光焊　； 参考：《天津大学》2016年博士论文

【摘要】：DP1000双相钢是汽车轻量化技术中重要的轻量化材料。本文对该钢的激光焊接工艺、焊接接头的组织性能进行了较为系统的研究,为其在汽车轻量化中的应用提供理论依据和参考。本文采用对接接头形式,对DP1000双相钢进行了激光焊接,通过大量的工艺试验,获得了在试验条件下的工艺窗口,研究发现随着激光焊接热输入的减小,焊缝和热影响区软化区宽度先变窄,当热输入降低到一定值后,热影响区宽度又有增加的趋势,力学性能也表现出相同的趋势。分析原因应该是随着激光热输入的降低,激光焊接成形方式由深熔焊向热导焊过渡而造成的。通过对DP1000双相钢激光焊接接头的组织性能的研究,发现接头中存在较严重的软化现象,软化区位于焊接热影响区的回火区和不完全相变区,其中软化最严重的区域位于不完全相变区;软化区的存在使焊接接头的整体均匀性下降,并导致接头整体塑性大幅度下降。为了弄清焊接热影响区的软化机理,根据焊接过程中实测的热循环曲线,用热模拟试验机对热影响区的热循环进行了热模拟,并对获得的热模拟试样进行详细的分析和研究。研究结果表明DP1000双相钢激光焊接接头热影响区的软化分为两种情况,一种是在马氏体的回火温度区间,由DP1000双相钢中的马氏体回火及位错密度的下降而引起的;另一种是在不完全相变区,原始组织部分奥氏体化后,得到的室温组织较原始组织中的马氏体含量明显减少而导致的软化。对DP1000双相钢激光焊接试件的单向拉伸性能、成形性能和疲劳性能等力学性能的研究表明,焊接接头的抗拉强度下降不大,而接头的塑性、成形性和疲劳性能下降比较严重。在本研究中接头抗拉强度是母材的86%~91%,伸长率为母材的20%~38%;杯突值为母材的53.5%~77%;在优化的工艺参数下焊接接头的疲劳极限只有母材的45.5%。这些性能的下降都与接头软化所造成的组织和性能不均匀有关,而通过激光焊接过程中增强冷却速度的方式在一定程度上可改善接头的软化问题。本文还通过小孔试验法和有限元软件仿真法对焊接试件的残余应力进行了分析,发现不论是横向残余应力还是纵向残余应力,其最高值均出现在距离焊缝中心约4mm的位置,也就是焊接热影响区的回火区位置。
[Abstract]:DP1000 dual phase steel is an important lightweight material in automotive lightweight technology. In this paper, the laser welding process of the steel and the microstructure and properties of the welded joint are systematically studied, which provides a theoretical basis and reference for its application in automobile lightweight. In this paper, laser welding of DP1000 duplex steel is carried out in the form of butt joint. Through a large number of process tests, the process window under the experimental condition is obtained. It is found that the heat input decreases with the laser welding. The width of the weld and HAZ softens first becomes narrower, and when the heat input decreases to a certain value, the width of the HAZ increases, and the mechanical properties show the same trend. The reason is that with the decrease of the laser heat input, the laser welding is formed by the transition from deep fusion welding to thermal conductivity welding. By studying the microstructure and properties of laser welded joint of DP1000 duplex steel, it is found that there is a serious softening phenomenon in the joint. The softening zone is located in the tempering zone and incomplete phase change zone in the heat affected zone of welding. The most serious softening zone lies in the incomplete phase change zone, and the existence of softening zone decreases the overall uniformity of the welded joint and leads to the decrease of the overall plasticity of the joint. In order to make clear the softening mechanism of HAZ, the thermal cycle of HAZ was simulated by thermal simulation test machine according to the measured thermal cycle curve during welding process, and the obtained thermal simulated samples were analyzed and studied in detail. The results show that the softening of the heat-affected zone in laser welded joint of DP1000 duplex steel can be divided into two cases. One is the martensite tempering in the tempering temperature range of martensite and the decrease of dislocation density in DP1000 duplex steel. The other is the softening caused by the decrease of martensite content in the partial austenitization of the original microstructure in the incomplete transformation zone. The mechanical properties such as uniaxial tensile properties, formability and fatigue properties of DP1000 duplex steel laser welding specimens are studied. The results show that the tensile strength of welded joints decreases little, while the plasticity, formability and fatigue properties of welded joints decrease more seriously. In this study, the tensile strength of the joint is 86% of the base metal, the elongation is 20 / 38 of the base metal; the cupping value is 53.5% and 77%; the fatigue limit of the welded joint is only 45.5% of the base metal under the optimized technological parameters. The decrease of these properties is related to the uneven microstructure and properties caused by the joint softening, and the softening problem of the joint can be improved to a certain extent by enhancing the cooling rate during laser welding. In this paper, the residual stress of welded specimens is analyzed by means of small hole test method and finite element software simulation method. It is found that the maximum value of residual stress, whether transverse residual stress or longitudinal residual stress, appears in the position about 4mm from the center of weld seam. That is, the position of the tempering zone of the HAZ.
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.7

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