激光裁焊搓板工艺的疲劳行为在汽车中的应用.pdfVIP

激光裁焊拼板工艺的疲劳行为在汽车中的应用 1．简介 在过去的20年里，出于节约燃料和保护环境的考虑，汽车工业经历了紧缩的政府政策和安全性要求。这些规定 促使汽车制造商提出创新的解决方案来设计减小燃料消耗的更加轻巧的汽车，同时出于驾驶员安全的考虑改进车辆 的总体结构。其中一种解决方案包含了激光裁焊拼板工艺，这项工艺要求在加工过程之前选择各种材料共同来焊 接。将可获得的材料选择到裁焊拼板的概念使得工程师们可以裁剪拼板以保证在他们所需要的零件的内部准确安置 材料最佳的性能。等级，厚度，强度和电镀涂层上（例如镀锌/镀镍或者冷却包箔和退火）都存在着差异。裁焊拼板 目前用于车体侧面框架，车门内部面板，发动机间隔栏，中柱的内部面板，车轮框/减振面板。 IF DP HSLA 到目前为止，在汽车应用中还没有其他的材料表现出钢所具有的多样性。现有的 钢， 和 在可成形性方 面有很好的表现，能够满足大多数汽车制造的要求。随着提出预测和评估这些裁焊拼板工艺在成形和其他结构特性 方面的性能的挑战，这些等级钢的使用已经渗透到裁焊拼板当中了。许多关于裁焊拼板成形行为的报告已经有了记 载。在A/SP其中的一篇报告中提及，在疲劳或者循环加载的情况下裁焊拼板的失效对于结构组成来说是非常严重的 问题。材料的高循环疲劳强度取决于例如残余压力，局部压力集中和表面保护涂层等表面条件。在运用激光焊接工 艺时，残余压力和其他的焊接缺陷被引入到了材料中。由于在这方面只有有限的数据，A/SP 已经确定这一领域需要 进一步的研究。Wang和Ewing[2]比较了对无涂层的SAE1008等级钢的激光焊接和阻点焊接的疲劳强度。研究表明， 与阻点焊剂相比，激光焊接的疲劳强度更高。 Lazzarin et al.[3]测定了在无涂层和热蘸电镀锌条件下相似厚度的激光焊接的疲劳强度。他们总结两种组合的疲劳强 度是相似的。先前此领域的工作包括基本的相似厚度裁焊拼板或者由不同厚度的材料组成的裁焊拼板的疲劳行为。 对于作者的知识而言，到目前为止关于破裂机制的不同的裁焊拼板没有比较或者基准。 IF 因此这项研究的目标是研究疲劳强度和确定具有和不具有热蘸镀锌的不同厚度激光焊接的 钢和低碳钢的破裂 机制。 2 ．原料和试验程序 2.1 原料 IF 研究中所选择的材料是 钢（退火和热蘸镀锌）和低碳钢（冷却包箔和退火）。选择是基于大量激光焊接的实 际生产部件。基于部件的名字，三种不同的裁焊拼板工艺组合命名为GMX,W-Car和MC-DI。 ●在两张钢板之间GMX具有最小的厚度差异和最大的生产强度差异。 ●在两张钢板之间W-Car具有最小的生产强度差异。 ●在两张钢板之间MC-DI具有最大的厚度差异。 选择一种底座金属（简写为BM）来比较裁焊拼板的疲劳强度。由于目前研究所使用的金属组合物的平均厚度为 1.5mm，因此我们选用厚度为1.5mm的底座金属。 2 2 ． 激光焊接加工 裁焊拼板起源于加拿大康科德激光之力有限公司。激光用于裁焊拼板的粗端焊接。在激光焊接加工中不使用填 充材料。 2 3 ． 样品准备及微观结构观察 1 图 展示了激光焊接测试样品的几何外形。焊接珠被置于中心，指向垂直于装载线的方向。对底座金属而言，它 的尺寸与在中心用激光焊接的样品相同。材料的旋转方向沿着装载线的方向。在其他发表的论文中相似的几何外形 被使用。为了防止疲劳强度的尖峰边界效应，所有样品的测量区域都使用#400砂纸手工轻轻打磨光滑。 在疲劳测试之前，待焊接样品的交叉连接处的微观结构要在光学显微镜下检查以估计激光焊接的质量。开始要在未 蚀刻条件下观察交叉连接处的包含物。然后用4% 的Nital蚀刻剂蚀刻样品来检查微观结构。 2 4 ． 机械测试和金属断面的显微镜观察 焊接中微硬度的测试要在计算功能强大和自动的微硬度测试器（Clemex MT-2001 ）下进行。施加持续时间为 15s的300g 的加载。在疲劳测试之前，为了确定最大施加加载值 ，要在没有焊接珠的单个底座金属上依据ASTME8 标准进行拉伸测试。用于疲劳加载的 的初始值选大约最终拉伸强度的一