Mater. Sci. Eng. A：QP980激光焊接接头组织转变与变形行为研究

【引言】

随着汽车轻量化要求的越来越高，这促进了先进高强钢的应用和发展。QP钢是第三代先进高强钢的典型钢种，具有良好的强度和塑性、成本低以及良好的成型性，得到了广泛关注。在众多焊接技术当中，激光焊接具有焊接速度高、热输入低等众多优点。但目前几乎没有研究人员对第三代先进高强钢，尤其是QP钢的激光焊接进行研究。

【成果简介】

近日，北京航空航天大学郭伟副教授在Materials Science and Engineering: A上发表了最新的研究成果“Microstructural evolution and deformation behavior of fiber laser welded QP980 steel joint”。在该文中，研究人员对QP980激光焊接接头组织、力学性能及成型性能进行了研究，并和母材进行了对比。讨论了由于显微组织不同而导致的应变硬化区别，并通过对焊接接头不同区域的变形进行了实时应变测量，进而说明应变硬化的差别。此外，研究人员用杯突实验和扩孔实验评估了接头的成形性。

【图文导读】

图1 激光焊接示意图及拉伸件尺寸

（a）激光焊接和焊接试板的示意图

（b）拉伸试样的形状和尺寸

图2 成型实验示意图

（a）杯突实验示意图

（b）试板上焊缝位置示意图

（c）冲压和扩孔实验示意图

图3 QP980母材的显微组织

（a）经LePra试剂腐蚀的光镜图

（b）经Marder&Benscoter试剂腐蚀的光镜图

（c）扫描电镜图

（d）图（c）中方框内的回火马氏体放大图

（e）残余奥氏体放大图

（f）未回火的马氏体放大图

图4 QP980焊接接头显微组织

（a）焊接接头横截面

（b）焊缝的扫描电镜图

（c）靠近焊缝的热影响区的扫描电镜图

（d）热影响区中间区域的扫描电镜图

（e）远离焊缝的热影响区的扫描电镜图

（f）图（e）中残余奥氏体放大图

图5 焊接接头的X射线衍射图

图6 激光焊接接头横向显微硬度

图7 焊接接头拉伸性能

（a）焊接接头和母材的工程应力-应变曲线

（b）焊接接头和母材的真应力-应变曲线以及加工硬化率曲线

（c）焊接接头和母材的瞬时硬化率n值和真应变关系图

（d）不同拉伸阶段的应变云图

（e）不同时刻的轴向应变

（f）焊接接头的断裂表面

图8 焊接接头成型性能

（a）冲压力-位移曲线

（b）焊缝位置对杯突深度和试板成型率的影响

图9 不同焊缝位置的焊接接头失效图

（a）焊缝距离试板中心线0mm时，焊接接头失效位置图

（b）焊缝距离试板中心线3mm时，焊接接头失效位置图

（c）焊缝距离试板中心线4.5mm时，焊接接头失效位置图

（d）焊缝距离试板中心线6mm时，焊接接头失效位置图

（e）母材失效位置图

图10 不同焊缝位置下，杯突实验失效表面图

（a）焊缝距离试板中心3mm时，接头杯突实验断裂表面

（b）焊缝距离试板中心6mm时，接头杯突实验断裂表面

（c）母材杯突实验断裂表面

图11 扩孔实验结果

（a）接头和母材扩孔载荷-位移曲线

（b）母材扩孔实验中的断裂位置

（c）焊接接头扩孔实验中的断裂位置

（d）焊接接头冲孔边缘下面的显微组织

【小结】

激光焊接可以实现QP980的焊接。和母材相比，虽然焊缝存在软化区，但焊缝强度并没有降低，延伸率有所下降，拉伸过程中变形主要是母材被拉长。成形性与焊缝位置有很大关系。焊缝位于冲压中心时，杯突深度最小，成形性只有母材的68.08%；当焊缝距离冲压中心6mm时，焊缝的成形性达到母材的96%。所有断面均为韧窝状。铁素体和马氏体界面的孔洞形核以及局部马氏体的开裂使得接头的扩孔率远小于母材，并且断裂容易发生在焊缝全部是马氏体的焊接接头。

文献链接：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）。

本文由材料人编辑部金属组 杨树 供稿，材料牛编辑整理。

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