技術(shù)背景

當(dāng)前能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等一系列問題日益突出，研究結(jié)果表明在全球二氧化碳排放中運(yùn)輸部門所占比例高達(dá)24%。采用輕量化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排，提高汽車安全的重要手段之一。在汽車中應(yīng)用超高強(qiáng)鋼，既可實(shí)現(xiàn)汽車安全，又可減輕汽車車身重量。但超高強(qiáng)度鋼冷成形困難，難以得到復(fù)雜形狀的零件。而熱成形鋼是一種兼顧輕量化和安全性要求的超高強(qiáng)度鋼，在高溫下具有塑性好、成形能力強(qiáng)、回彈量小等特點(diǎn)，經(jīng)熱沖壓成形后強(qiáng)度可達(dá)1500MPa以上，廣泛應(yīng)用于車身的A柱、B柱、橫梁等安全結(jié)構(gòu)件的制造。為避免在熱沖壓成形過程中板材的氧化，提高板材的表面質(zhì)量和成形精度，通常其表面會預(yù)制涂層。鋁硅涂層憑借耐高溫、低密度、耐磨損、高導(dǎo)熱性以及膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)成為目前應(yīng)用最廣泛的熱成形鋼涂層。

采用激光焊接時，在焊接處涂層會熔化進(jìn)入焊縫，產(chǎn)生較多的delta鐵素體，嚴(yán)重降低焊接接頭的力學(xué)性能。尤其對于鋁硅涂層1500MPa級別及以上的熱成形鋼，要實(shí)現(xiàn)焊后抗拉強(qiáng)度和延伸率達(dá)到母材水平是非常困難。目前工業(yè)界主流的焊接方法：1) 在待焊區(qū)域周圍先利用激光局部或全部去除鋁硅涂層（預(yù)處理）;2) 實(shí)施激光焊接。該方法可避免涂層所帶來接頭性能惡化的負(fù)面影響。但也存在不足，如工序復(fù)雜、成本高、去除涂層處在高溫加熱易發(fā)生氧化等。

02

直接激光-填絲拼焊鋁硅涂層熱成形鋼板新技術(shù)

為解決鋁硅涂層中由于鋁元素引起delta鐵素體生成問題，降低因去涂層所增加的制造成本，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光智能制造技術(shù)研發(fā)中心楊上陸教授團(tuán)隊開發(fā)了新的焊絲成分和直接激光-填絲拼焊鋁硅涂層熱成形鋼新技術(shù)，該技術(shù)通過調(diào)控和優(yōu)化接頭微觀組織，可抑制delta鐵素體在焊接處生成，實(shí)現(xiàn)焊接熱沖壓后接頭性能與母材一致，已完成零部件級別測試。

新方法具有如下優(yōu)勢：

1）焊前無需去除涂層，可直接激光拼焊鋁硅涂層熱成形鋼，降低工序和制造成本；

2）焊料與不同強(qiáng)度熱成形板材匹配，可焊性好，焊接過程穩(wěn)定，降低焊縫開裂風(fēng)險；

3）焊后的焊接接頭具有良好的淬透性、抗氧化性、耐磨性以及耐腐蝕性；

4）可焊接1.0mm-3.0mm 不同厚度；

5）焊接速度高達(dá)4.2 米/分鐘；

03

新技術(shù)部分測試結(jié)果

1 等強(qiáng)等厚激光拼焊板力學(xué)性能

1.0-1.0mm、1.5-1.5mm激光拼焊接頭抗拉強(qiáng)度均≥1350MPa，延伸率≥5%，焊接接頭100%斷裂于母材，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

2 等強(qiáng)等厚不同牌號激光拼焊板力學(xué)性能

1.5-1.5mm不同牌號材料激光拼焊接頭抗拉強(qiáng)度均≥1350MPa，延伸率≥5%，焊接接頭100%斷裂于母材，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

3 中試結(jié)果

1.0-1.0mm、1.6-1.0mm零部件激光拼焊接頭抗拉強(qiáng)度均≥1350MPa，延伸率≥5%，焊接接頭100%斷裂于母材，滿足用戶標(biāo)準(zhǔn)要求。