基于碰撞安全性的B柱用超高强钢点焊工艺研究
发布时间：2021-11-24 05:47
环保、节能、安全问题已不容忽视,轻量化成为汽车行业重要发展趋势。淬火配分（Quenching&Partitioning,Q&P）钢综合力学性能优异且成本适中,适用于车身结构件和内部加强板,增强车身抵抗变形能力,具有广阔的使用前景。电阻点焊效率高、成本低、工艺可靠,是汽车主要连接方式。本文以1mm厚的Q&P980钢板为研究对象,研究了不同焊接工艺参数下电阻点焊微观组织、力学性能的变化规律,通过响应曲面法实现了焊接工艺优化。基于此,对Q&P980级B柱进行了耐撞性分析,并通过拓扑优化及插值法对B柱进行了焊点布置优化,研究了焊点布置对B柱静刚度及耐撞性影响,为Q&P980在车身上的使用提供理论基础。在焊接电流8.5kA-14.5kA,焊接时间10cycle-16cycle,电极压力1.6k N-2.4k N范围Q&P980钢实现了较好连接。焊接热输入增加,焊透率、熔核直径呈先增大后减小的趋势。点焊接头可分为熔核区（Fusion Zone,FZ）、粗晶区（Coarse Grained（CG）HAZ）、细晶区（Fine Grained（FG）HAZ...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电阻点焊接头组织分区[39]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-区（InterCriticalHAZ），细晶区（FineGrainedHAZ），粗晶区（CoarseGrainedHAZ），软化区（SoftGrainedHAZ），如图1-8所示。图1-7电阻点焊接头组织分区[39]图1-8热影响区分区[40]Eftekharimilani等人[41,42]对1.3mm的Q&P980钢板进行双脉冲点焊，二次电流脉冲导致二次熔核，并对初级熔核进行退火或部分重熔，二次熔核表现为典型的电阻点焊凝固晶粒取向的枝晶结构，奥氏体晶粒的椭圆度减小，退火区表现为马氏体等轴晶粒，如图1-9所示。等脉冲双脉冲焊接实现了一次焊接熔核边缘的最大退火，且不重新熔化焊核边缘，该接头进行了合金元素的最高均化，拉伸性能得到提高，可以得到良好的失效模式，磷偏析对晶界的负面影响对焊核的力学性能比晶粒尺寸减小所预期的正影响更为显著。图1-9主熔核边缘区域EBSD效果图[41]（3）拉剪性能LIU[43]等对Q&P980进行双脉冲电阻点焊研究，研究表明当第二焊接电流较大时，接头呈现出了较好的拉剪性能和断裂模式；第二焊接电流适中时，接头呈现出较好的横向拉伸强度及延伸率。部分熔融区发现了液化晶界及软化区，该区由于P元素偏析成为裂纹敏感区，接头失效过程中，裂纹倾向于沿该区扩展。Tiago[44]等对TWIP980进行了电阻点焊研究，对其点焊接头的力学性能进行了研究。结果表明热影响区力学性能及残余应力的分布与焊接参数有很强的相关性。随焊接电流及焊接时间的增加，最大拉伸残余应力越小，残余应力
度假设。作者还指出Q&P980点焊接头存在焊接缺陷，降低了其破壁强度和压缩结构的动态承载能力，高应变率下点焊接头裂纹扩展在缺陷处演化明显，采用火枪喷射能够有效消除该现象。Chabok等人[46]比较了常规电阻点焊和双脉冲电阻点焊接头下的拉伸断口，发现两者均发生纽扣断裂，常规焊接失效发生在粗晶热影响区，如图1-10a)所示；而双脉冲焊点有两个失效位置，左边穿透未完全淬火区域一小段距离后，重新指向板厚方向，右侧由亚临界热影响区起断，并在熔核外靠近母材金属处发生唇形断裂，如图1-10b)所示。a)常规焊b)双脉冲图1-10DP1000点焊接头断裂宏观[46]（4）疲劳性能汽车结构件的疲劳裂纹往往先发生在焊点处，因此焊点的疲劳研究十分重要。Fujimoto等人[47]对1.2mm的980MPa钢板的点焊接头进行喷丸处理，喷丸处理外表面存在高压缩残余应力，但在重叠面一侧残余应力变化并不大。表面喷丸处理提高了重叠表面疲劳裂纹的萌生寿命，降低了重叠表面裂纹向外表面的扩展速度，喷丸点焊接头的疲劳极限载荷约为非喷丸点焊接头的两倍，如图1-11所示。在焊接过程中，焊接缺陷不可避免，Rethmeier等人[48]探讨了焊接缺陷对先进高强钢的焊接接头疲劳强度的影响，表面裂纹与位置无关，对疲劳强度没有影响；内部缺陷对疲劳寿命仅存在轻微的影响；在焊接的间隙处进行了有限元分析，如图1-12所示，焊接间隙导致该处出现了较高的局部应力，疲劳强度降低；进一步研究发现，在载荷比R为0.1的情况下，确定了3mm的间隙与无间隙剪切拉伸试样相比，疲劳寿命显著下降，主要是由于焊后刚度降低、横向振动和片材之间的
本文编号：3515358
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电阻点焊接头组织分区[39]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-8-区（InterCriticalHAZ），细晶区（FineGrainedHAZ），粗晶区（CoarseGrainedHAZ），软化区（SoftGrainedHAZ），如图1-8所示。图1-7电阻点焊接头组织分区[39]图1-8热影响区分区[40]Eftekharimilani等人[41,42]对1.3mm的Q&P980钢板进行双脉冲点焊，二次电流脉冲导致二次熔核，并对初级熔核进行退火或部分重熔，二次熔核表现为典型的电阻点焊凝固晶粒取向的枝晶结构，奥氏体晶粒的椭圆度减小，退火区表现为马氏体等轴晶粒，如图1-9所示。等脉冲双脉冲焊接实现了一次焊接熔核边缘的最大退火，且不重新熔化焊核边缘，该接头进行了合金元素的最高均化，拉伸性能得到提高，可以得到良好的失效模式，磷偏析对晶界的负面影响对焊核的力学性能比晶粒尺寸减小所预期的正影响更为显著。图1-9主熔核边缘区域EBSD效果图[41]（3）拉剪性能LIU[43]等对Q&P980进行双脉冲电阻点焊研究，研究表明当第二焊接电流较大时，接头呈现出了较好的拉剪性能和断裂模式；第二焊接电流适中时，接头呈现出较好的横向拉伸强度及延伸率。部分熔融区发现了液化晶界及软化区，该区由于P元素偏析成为裂纹敏感区，接头失效过程中，裂纹倾向于沿该区扩展。Tiago[44]等对TWIP980进行了电阻点焊研究，对其点焊接头的力学性能进行了研究。结果表明热影响区力学性能及残余应力的分布与焊接参数有很强的相关性。随焊接电流及焊接时间的增加，最大拉伸残余应力越小，残余应力
度假设。作者还指出Q&P980点焊接头存在焊接缺陷，降低了其破壁强度和压缩结构的动态承载能力，高应变率下点焊接头裂纹扩展在缺陷处演化明显，采用火枪喷射能够有效消除该现象。Chabok等人[46]比较了常规电阻点焊和双脉冲电阻点焊接头下的拉伸断口，发现两者均发生纽扣断裂，常规焊接失效发生在粗晶热影响区，如图1-10a)所示；而双脉冲焊点有两个失效位置，左边穿透未完全淬火区域一小段距离后，重新指向板厚方向，右侧由亚临界热影响区起断，并在熔核外靠近母材金属处发生唇形断裂，如图1-10b)所示。a)常规焊b)双脉冲图1-10DP1000点焊接头断裂宏观[46]（4）疲劳性能汽车结构件的疲劳裂纹往往先发生在焊点处，因此焊点的疲劳研究十分重要。Fujimoto等人[47]对1.2mm的980MPa钢板的点焊接头进行喷丸处理，喷丸处理外表面存在高压缩残余应力，但在重叠面一侧残余应力变化并不大。表面喷丸处理提高了重叠表面疲劳裂纹的萌生寿命，降低了重叠表面裂纹向外表面的扩展速度，喷丸点焊接头的疲劳极限载荷约为非喷丸点焊接头的两倍，如图1-11所示。在焊接过程中，焊接缺陷不可避免，Rethmeier等人[48]探讨了焊接缺陷对先进高强钢的焊接接头疲劳强度的影响，表面裂纹与位置无关，对疲劳强度没有影响；内部缺陷对疲劳寿命仅存在轻微的影响；在焊接的间隙处进行了有限元分析，如图1-12所示，焊接间隙导致该处出现了较高的局部应力，疲劳强度降低；进一步研究发现，在载荷比R为0.1的情况下，确定了3mm的间隙与无间隙剪切拉伸试样相比，疲劳寿命显著下降，主要是由于焊后刚度降低、横向振动和片材之间的
本文编号：3515358
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