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摘要：雙相鋼（DP）具有較高的強度和較好的塑性及成形性，具有較高的碰撞能量吸收率和初始加工硬化速率，在冷成形后回彈率較小，越來越多地應用于制造汽車車身各種安全結構件。介紹了近年來國內外關于雙相鋼激光拼焊的研究現狀，其分為同質等厚雙相鋼激光拼焊、異質等厚雙相鋼激光拼焊及異質不等厚雙相鋼激光拼焊三部分，并指出了所存在的問題，為雙相鋼激光拼焊的研究方向提供指導。

關鍵詞：雙相鋼；激光拼焊；研究現狀；存在問題

0引言

能源危機和環境污染兩大問題已經日益成為制約我國乃至世界經濟進一步發展的關鍵問題，對于汽車工業發展而言，采用汽車輕量化技術是降低能耗、減少排放和保護環境的重要途徑之一［1］。雙相鋼（DP）是指微觀組織主要由馬氏體和鐵素體組成的高強鋼，也稱為馬氏體雙相鋼。雙相鋼中馬氏體分布在鐵素體基體上，具有較高的強度和較好的塑性及成形性，具有較高的碰撞能量吸收率和初始加工硬化速率，在冷成形后回彈率較小，越來越多地用來生產汽車防撞梁、立柱、地板及縱梁等安全結構件［2-3］。激光拼焊技術具有能量密度高、深寬比大、焊后接頭焊縫區和熱影響區窄、接頭殘余應力及變形程度小和易實現自動化等優點，是目前車身連接的重要技術。筆者介紹了近年來國內外關于雙相鋼激光拼焊的研究現狀，分為同質等厚雙相鋼激光拼焊、異質等厚雙相鋼激光拼焊及異質不等厚雙相鋼激光拼焊三部分，并指出了存在的問題，為雙相鋼激光拼焊的研究方向提供指導。

1雙相鋼激光拼焊研究現狀

激光拼焊技術是采用激光將相同或不同材質、板厚、強度及表面處理狀態的板料拼焊成整體用于沖壓成形件的加工工藝，具有減小結構自身質量、提高結構強度、減小噪聲及降低生產成本等綜合優勢，從而能夠在汽車輕量化中得到有效應用。雙相鋼具有高強度和良好成形性，在獲得同等結構強度情況下比傳統鋼材更能減小車身自身質量，廣泛用于車身面板和結構件制造。目前，國內外研究人員對雙相鋼激光拼焊的研究大多集中在DP590，DP780及DP980等雙相鋼的焊接性，研究了接頭的宏觀形貌及焊縫區和熱影響區的微觀組織；測試了接頭顯微硬度，并分析了接頭軟化機制；研究了接頭拉伸失效機制和沖壓成形失效機制；研究了激光功率、焊接速度、離焦量及保護氣體等工藝參數對拼焊接頭的微觀組織和性能的影響，并對工藝參數進行了優化。國內外學者對同質等厚和異質等厚雙相鋼（強度級別在1000MPa及其以下）激光拼焊研究較多，對異質不等厚雙相鋼激光拼焊研究較少。

1．1同質等厚雙相鋼激光拼焊研究

JaehunKim等人［4］在相同條件下分別進行鍍鋅和未鍍鋅的厚1．0mm雙相鋼DP590激光拼焊研究，研究匙孔和激光束位置對接頭成形性的影響規律。研究結果表明，匙孔結構和激光束位置對拼焊接頭成形性具有重要影響，當激光束遠離匙孔壁時，接頭成形性良好；當激光束照射在匙孔壁之前，兩鍍鋅DP590鋼板之間時，鋅蒸氣直接被激光束加熱，形成較大蒸氣壓，嚴重影響熔池形成過程；匙孔底部直徑和匙孔膨脹系數與鍍鋅鋼板和未鍍鋅鋼板的損失質量成正比；激光拼焊零間隙鍍鋅鋼板時容易得到良好的焊接接頭。YangLiu等人［5］研究了應變速率對厚1．4mm雙相鋼DP780激光拼焊接頭的拉伸性能和斷裂行為的影響規律，測試了DP780鋼激光拼焊接頭微觀組織和顯微硬度。研究結果表明，DP780鋼激光拼焊接頭焊縫區和熱影響區內側顯微硬度較高，而熱影響區外層出現軟化現象；DP780鋼激光拼焊接頭在高應變速率情況下，拉伸斷裂位置距焊縫中心線較近，而接頭和母材的斷裂特性與應變速率無關；隨著拉伸應變速率的提高，DP780鋼拼焊接頭和母材的屈服強度和抗拉強度逐漸增加；DP780鋼激光拼焊接頭和母材的伸長率隨應變速率變化的規律相似，在應變速率為102s－1時伸長率達到最大值。KBandyopadhyay等人［6］測試了厚1．2mm雙相鋼DP980激光拼焊板埃里克森杯突試驗中拉深高度和極限拉深比，研究了拼焊板在杯突試驗過程中的變形和失效形式。研究結果表明，激光拼焊板在垂直和平行焊縫試驗過程中，局部變形總是位于接頭熱影響區外層區域；用掃描電鏡、透射電鏡和納米壓痕儀分析接頭熱影響區外側微觀組織，掃描電鏡結果顯示孔隙產生于鐵素體和馬氏體界面處；透射電鏡結果顯示熱影響區外側產生回火馬氏體和析出碳化物，導致其顯微硬度降低；有限元（FEM）模擬結果顯示在埃里克森杯突試驗過程中，DP980鋼激光拼焊接頭失效是由熱影響區軟化現象導致的。JinfengWang等人［7］使用Gleeble－3500熱模擬試驗機模擬了厚1．5mm雙相鋼DP1000激光拼焊熱影響區熱循環過程，測試了激光拼焊接頭的顯微硬度和微觀組織，分析了雙相鋼DP1000激光拼焊接頭軟化機制。研究結果表明，拼焊接頭出現軟化現象有兩方面原因，其一是激光拼焊過程中雙相鋼DP1000溫度達到回火溫度時，馬氏體發生回火轉變，形成回火馬氏體，同時有碳化物析出；其二是激光拼焊接頭溫度位于臨界溫度區間，馬氏體含量降低，一部分鐵素體轉化為奧氏體，在隨后的冷卻過程中，奧氏體轉化為多邊形的鐵素體、貝氏體和馬氏體－鐵素體等相，導致軟化相含量增加。

1．2異質等厚雙相鋼激光拼焊研究

NFarabi等人［8］研究了厚1．2mm異質等厚雙相鋼DP600/DP980激光拼焊接頭顯微組織變化及其力學性能。研究結果表明，在焊縫區可觀察到大量馬氏體，同時存在少量鐵素體；焊縫區顯微硬度值顯著增加，兩側熱影響區均出現軟化現象，DP980鋼側熱影響區軟化現象比DP600鋼側嚴重，且DP980鋼側軟化范圍越大，兩側顯微硬度值分布不對稱；接頭抗拉強度與母材DP600鋼的相等，伸長率與DP980鋼的相當；隨著應變速率的增大，接頭的抗拉強度及屈服強度均增大；激光拼焊接頭在拉伸載荷和高應力幅度的載荷下，斷裂均發生在母材DP600鋼側。DDong等人［9］利用Nd：YAG激光拼焊設備對厚1．4mm異質等厚雙相鋼DP780/DP980進行激光拼焊，研究了接頭微觀組織、顯微硬度、拉伸性能和斷裂行為。研究結果表明，拼焊接頭焊縫區、超臨界熱影響區和臨界熱影響區的顯微硬度增加，亞臨界熱影響區發生軟化現象，DP780鋼側亞臨界熱影響區的顯微硬度值最低；拼焊接頭的伸長率和母材相比有所下降；不同應變速率下，拼焊接頭的斷裂位置都發生在DP780鋼側；當應變速率低于10s－1時，鐵素體含量是影響斷裂位置的主要因素；當應變速率高于10s－1時，鐵素體/馬氏體界面含量是影響斷裂位置的主要因素。HongyingGong等人［10］進行了異質等厚雙相鋼DP780/DP1180激光拼焊接頭橫向焊縫、縱向焊縫和45°焊縫拉伸試驗。研究結果表明，橫向焊縫拉伸時斷裂發生在DP780鋼側熱影響區；45°焊縫拉伸時，斷裂在母材DP780鋼；縱向焊縫拉伸時，DP780鋼和DP1180鋼開始發生均勻變形，由于DP1180鋼的伸長率比DP780鋼的低，DP1180鋼側先發生斷裂；45°和縱向焊縫拉伸斷裂是漸進發生的，橫向焊縫拉伸是突然斷裂的，3種拉伸方式焊縫伸長率都低于母材的，表明焊縫的韌性低于母材的。

1．3異質不等厚雙相鋼激光焊接研究

王斌［11］采用DYNAFORM有限元分析軟件研究了車用異質不等厚雙相鋼DP590（1．0mm）/DP780（1．2mm）激光拼焊沖壓成形性能。分析了DP590/DP780激光拼焊板在典型圓筒件的拉深成形過程可能產生的缺陷，確定了影響成形性的主要成形工藝，影響從大到小依次為：壓邊力、摩擦因數、凹模圓角半徑、凸凹模間隙、沖壓速度等。文中采用正交試驗得出最佳工藝參數為：壓邊力為100kN，摩擦因數為0．13，凹模圓角半徑為8mm，凸、凹模間隙為1．08mm，沖壓速度為1000mm/s。梁靜偉等人［12］研究了不等厚DP780/HC660雙相鋼異質激光焊接接頭的顯微組織和力學性能，結果表明，焊縫區組織由粗大板條馬氏體和少量鐵素體組成，熱影響區出現軟化現象；接頭的抗拉強度和HC660雙相鋼的相近，伸長率則降低至7．8％，斷裂發生在熱影響區附近的HC660雙相鋼側，為韌性斷裂。張松宇等人［13］通過正交試驗對異質不等厚雙相鋼HC550（1．0mm）/DP780（1．2mm）激光拼焊工藝進行了優化。研究結果表明，激光功率對HC550/DP780接頭的正面熔寬、背面熔寬和抗拉強度的影響最大；優化后的最佳工藝參數為激光功率1200W，焊接速度1600mm/min和離焦量0mm，在該工藝參數下接頭的抗拉強度和斷后伸長率分別為998．6MPa和11．9％，斷裂位置處于HC550鋼側的熱影響區處，存在明顯頸縮，為韌性斷裂。

2結語

（1）雙相鋼中合金元素含量豐富，板材原始加工成形工藝復雜，對成分變化及熱過程敏感。激光拼焊時極高的溫度導致合金元素燒損和氧化嚴重，母材重熔完全破壞了原有組織平衡狀態，焊縫快速冷卻凝固后形成一種與母材組織狀態存在較大差別的特殊粗大過飽和鑄態組織，該鑄態組織的生成會嚴重降低接頭的力學性能，從而使雙相鋼拼焊板在后續的沖壓成形過程中容易出現焊縫偏移、斷裂等引起的接頭提前開裂和塑性成形性能降低等問題。目前，急需改善雙相鋼激光拼焊板接頭組織和提高接頭的強韌性。（2）雙相鋼激光拼焊后接頭熱影響區會產生回火馬氏體等軟化相，導致熱影響區出現軟化現象，母材強度越高，軟化現象越嚴重，軟化范圍越大，拉伸時容易在軟化區發生斷裂。目前，對于雙相鋼激光拼焊防止熱影響區軟化還需要進一步研究。

作者：尚慶慧；董亞軍；舒瀅；郭學鵬；李雅馨 單位：西北有色金屬研究院