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今天的技术帖

摘 要：采用光纤激光对汽车行业常用的双相钢 HC450/780DPD+Z 与低合金高强钢 HC420LA 进行激光搭接焊试验，探焊缝，并研究不同焊接速度对焊缝显微硬度的影响。 结果表明，焊缝附近的显微组织主要包括熔化区、热影响区和母材三部分。 当焊接速度一定时，从母材到焊缝，HC420LA显微硬度变化趋势先增大后不变，HC450/780DPD+Z显微硬度变化趋势先增大后减小再不变。 随着焊接速度的增加，HC420LA焊缝显微硬度先增大后不变，HC450/780DPD+Z焊缝显微硬度先增大后减小。

关键词：激光焊搭接焊速度显微硬度

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前言

随着汽车工业的发展，汽车轻量化逐渐成为当下的趋势。 在保证汽车性能不受影响、行车安全舒适的前提下，可以减轻车身重量，从而降低油耗，节约成本。 双相钢和低合金高强钢具有重量轻、强度高的特点，广泛应用于汽车领域。

稳定高效的焊接工艺是汽车轻量化的保障，而激光焊接在减轻车身重量、提高生产效率、改善焊接效果等方面具有很大优势。 激光焊接实现了小面积的快速加热和冷却。 受热程度不同，热影响区的位置不同，组织形态也不同，导致材料硬度不同。 同时，在不同的焊接速度下，焊缝中心的显微硬度也会发生变化。 .

针对以上几个方面，本文以双相钢HC450/780DPD+Z和低合金高强钢HC420LA为研究对象，开展不同焊接速度下高强钢激光焊接研究，探索焊接接头显微硬度的变化规律。 分析了在一定焊接温度下形成的接头显微组织和显微硬度的变化。

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测试材料和方法

试验选用材料为唐山高强汽车板生产线生产的高强镀锌双相钢板HC450/780DPD+Z（以下简称DP780+Z）和低合金高强钢HC420LA钢铁集团。 DP780+Z厚度为0.9mm，锌层厚度为100g/m2，HC420LA厚度为1.0mm。 两种材料的主要化学成分和力学性能分别见表1和表2。 两种材料的微观结构和形貌分别如图 1a-1b 所示。 双相钢DP780+Z主要由白色多边形铁素体和深灰色马氏体岛组成，高强钢HC420LA主要由白色铁素体基体和分散的碳化物组成。

采用SLCWF-X0610激光切割焊接一体机进行焊接试验。 接头采用搭接形式。 经过初步实验，上板采用厚板HC420LA，下板采用薄板DP780+Z，焊接效果较好。 激光焊接工艺参数主要有激光功率、焊接速度、散焦量、搭接间隙等，试验中选择激光功率为2000W，激光焦点在钢板表面以下（即负散焦） ,取值取板厚的1/4~1/4之间,搭接间隙为0mm,同时着重调整焊接速度,分析焊接速度对焊缝的影响形成和显微硬度。 具体焊接参数如表3所示。焊接完成后，用金相显微镜观察显微组织。 观察前用硝酸-酒精溶液（饱和硝酸水溶液4mL，酒精96mL）腐蚀试样。 使用显微硬度计进行硬度测量，施加1.96N的力，加载15s，以25N/s的速率加载。 硬度测试点距上表面和下表面各0.4mm，沿焊缝垂直方向均匀分布。 具体示意图如下图2所示。

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测试结果和讨论

3. 1 激光焊接接头的显微组织和显微硬度

激光焊接过程中，焊缝区组织在激光作用下迅速熔化凝固，形成熔化区（如图3中A区），焊缝两侧区域均受影响通过激光的热量。 在区域（图3中的B区），母材（图3中的C区）在焊接过程中没有发生变化，激光焊接接头的整体外观如图3所示。激光焊接工艺参数图中所选接头为：激光功率2 000 W，离焦量- 0. 5 mm焊接接头分类，搭接间隙0 mm，焊接速度2. 1 m/min。

放大上板 HC420LA 热影响区附近的组织，如图 4a 所示。 为了更好地观察焊缝的显微组织，如图所示对焊缝和热影响区进行了划分。 可以看出，焊接后的熔合区（FZ）和熔合区（FB）主要是厚板条马。 粗晶热影响区（CGHAZ）主要为马氏体和少量残余奥氏体焊接接头分类，而细晶热影响区（FGHAZ）则为细粒马氏体和残余奥氏体。 粗晶区和细晶区有两个区别：首先，粗晶区的马氏体含量高于细晶区，因为粗晶区的温度接近焊缝越高，形成的马氏体越多； 二是粗晶区的晶粒尺寸大于细晶区的晶粒尺寸。 这是因为粗晶区温度较高，奥氏体化较完全，奥氏体晶粒长大严重，晶粒较大。 临界热影响区（ICHAZ）为少量马氏体、细小铁素体和游离渗碳体，低温热影响区（LTHAZ）组织无明显变化，与母材（BM）相似, 为游离分布的白铁素体和渗碳体。

放大下板DP780+Z热影响区附近的结构，如图4b所示，可以看出下板热影响区结构分布与下板大致相同与HC420LA相同，但由于母材成分不同，热影响区组织仍有一定差异。 焊后熔合区（FZ）和熔合区（FB）主要为粗大马氏体，热影响区粗晶区（CGHAZ）和热影响区细晶区（FGHAZ）主要为马氏体和铁素体。 和残余奥氏体，其中粗晶区马氏体含量较多，晶粒较粗，临界热影响区（ICHAZ）组织为铁素体、残余奥氏体和少量马氏体，低温热影响区(LTHAZ)与母材(BM)具有相同的显微组织，均为铁素体和马氏体，但低温热影响区经历了快速加热和冷却的“回火”过程，因此带状组织有一定的缓解作用。

利用Fe-C相图可以解释焊缝和热影响区组织的变化。 各区组织不同的原因是受热程度不同。 不同地区的加热和冷却过程的不同导致结构上的差异。 这些区域分别对应于焊缝、热影响区和母材分区。

熔化区是母材金属被激光加热熔化的区域，熔化后迅速凝固形成大量板条马氏体组织。 熔合区是母材的临界熔化区，δ铁素体和液相共存，冷却后也形成板条马氏体组织。 热影响区粗晶区和热影响区细晶区没有达到熔融状态，而是经历了完全的奥氏体化过程，冷却后形成部分马氏体和残余奥氏体。 临界热影响区发生了局部奥氏体化过程，冷却后组织为母材组织加上少量马氏体和残余奥氏体。 低温热影响区不会发生相变，组织类型与母材基本相同，但由于热循环，形貌可能与母材不同。

由于焊缝、热影响区和母材的组织和成分不同，其显微硬度也不同。 为了得到明显的显微硬度变化趋势，需要在每个区域有尽可能多的显微硬度点，因此选取表1中焊接速度最低的1号试样焊接接头进行显微硬度分析。 图中两条线分别表示上板HC420LA和下板DP780焊缝附近的显微硬度变化，显微硬度点的位置与各分区相对应，如图6所示。

从图6可以看出，HC420LA和DP780在焊接接头处的显微硬度变化趋势存在较大差异。 观察HC420LA的显微硬度可知，低温热影响区为软化区，硬度与母材相比具有一定的硬度。 衰退。 从临界热影响区到热影响区细晶区，随着组织中马氏体含量的增加，显微硬度一直增加。 进入粗晶区后，由于晶粒粗大，硬度略有下降。 到达熔合区和熔化区后，由于大量的板条马氏体，材料的显微硬度有了很大的提高。 观察DP780+Z的显微硬度可知，低温热影响区的显微硬度高于母材，这是因为低温热影响区减轻了母材能带结构的影响。 从临界热影响区到细晶热影响区，DP780+Z的变化趋势与HC420LA相同，这是由于马氏体含量增加，硬度逐渐增加。 进入粗晶区后，由于晶粒粗化，显微硬度降低，因为DP780+Z的含碳量为0. 17 含碳量高于HC420LA 0． 077，组织的淬透性更好，所以DP780+Z热影响区的硬度高于HC420LA。 进入焊缝后，两种母材熔化并混合，液态金属的总碳含量在0. 17 至0． 077，组织淬透性也介于两种母材之间，因此焊缝显微硬度低于DP780+Z热影响区，高于HC420LA热影响区。

3. 2 焊接速度对接头显微硬度的影响

HC420LA和DP780+Z在不同焊接速度下得到的接头显微硬度分别如图7a和图7b所示。 为了便于观察图形，省略了在某些中间焊接速度下产生的焊缝的显微硬度。

从图中可以看出，焊接速度对焊缝显微硬度的影响主要有两个方面：一是随着焊接速度的提高，焊缝、热影响区等各区域的宽度明显减小; 第二，HC420LA和DP780+Z焊缝熔区显微硬度随焊接速度的变化而变化。 不同焊接速度下得到的焊缝显微硬度如图8所示，随着焊接速度的增加，上板HC420LA焊缝显微硬度先增大后保持不变。 推测其原因是焊接速度过低时，焊缝过热，晶粒长大明显，硬度低。 随着焊接速度的提高，下板DP780+Z焊缝的显微硬度普遍先升高后降低。 过高时，焊缝处热量不足，马氏体含量减少，硬度下降。

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综上所述

(1) 接头焊缝和热影响区附近组织和形貌的变化可以用Fe-C相图来解释：熔化区（FZ）是母材加热熔化后重新凝固的组织; 融合区（FB）代表液相与固相的交界处； 粗晶热影响区（CGHAZ）和细晶热影响区（FGHAZ）经历了完全奥氏体化过程； 临界热影响区（ICHAZ）经历了局部奥氏体化过程； 低温热影响区（LTHAZ）经历“回火样”过程； 基本金属 (BM) 保持不变。

(2)HC420LA和DP780+Z激光焊接接头显微硬度分布不同。 从母材到焊缝，HC420LA显微硬度变化趋势先增大后不变，DP780+Z显微硬度变化趋势先增大后减小，保持不变，两种母材的显微硬度在焊缝基本相同。

(3) 随着焊接速度的增加，HC420LA焊缝的显微硬度先增加后保持不变； DP780+Z焊缝显微硬度先增大后减小。