de Lima新型激光焊接技術(shù) 擴(kuò)大高強(qiáng)度鋼合金在汽車行業(yè)中的使用

巴西的一名研究人員開發(fā)了一種創(chuàng)新的激光焊接方法，這種方法可以擴(kuò)大高級高強(qiáng)度鋼(AHS)在汽車和航天工業(yè)中的應(yīng)用。

近年來，由于旅客的安全、車輛性能和燃油經(jīng)濟(jì)性要求越來越高，汽車行業(yè)對高性能合金的需求有所增加。高強(qiáng)度鋼被用于汽車車身結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵安全位置，以吸收沖擊的能量。

然而，一些高強(qiáng)度合金由于焊接而變得易變脆，并且在許多制造工藝需要的熱沖壓和成形過程中可能會斷裂。這一問題使得在汽車工業(yè)和航空航天等其他行業(yè)都不可能使用高級高強(qiáng)度鋼。

為了解決這一問題，de Lima開發(fā)了一種創(chuàng)新的高溫激光焊接方法，適用于航空航天應(yīng)用。de Lima是美國科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的一名訪問學(xué)者，在圣保羅研究基金會(FAPESP)的支持下，他獲得了這一成果，現(xiàn)在已經(jīng)在《焊接雜志》上發(fā)表了。

de Lima開發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)是由22MnB5鋼片的感應(yīng)加熱，在激光焊接前10分鐘達(dá)到大約450攝氏度，使溫度達(dá)到平衡。22MnB5用于汽車結(jié)構(gòu)和安全部件，與傳統(tǒng)的冷成型相比，機(jī)械強(qiáng)度非常高，可以節(jié)省30%到50%的重量。

這些鋼片在焊接后的10分鐘內(nèi)保持高溫，以產(chǎn)生一個貝氏體結(jié)構(gòu)。冶金學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，貝氏體是制造堅(jiān)固可靠的焊接接頭的最佳候選材料。貝氏體是在一定條件下形成鋼的一種板狀顯微結(jié)構(gòu)，特別是，它顯示了高的產(chǎn)量和抗拉強(qiáng)度。

分析表明，在這種高溫下焊接的薄板比在常溫下焊接的薄板要堅(jiān)硬得多，其中含有馬氏體，這是一種比貝氏體屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度弱的微組分。

壓力測試還顯示了在高溫下焊接薄板的彈性。

在具體的研究結(jié)果中，被用作基準(zhǔn)的焊接室溫(AT20)焊點(diǎn)是一個由原生奧氏體樹突組成的微觀結(jié)構(gòu)，其在冷卻過程中轉(zhuǎn)化為馬氏體，并在枝晶間形成鐵素體。晶間區(qū)域的鐵素體穩(wěn)定元素如Al、Si和Cr較為豐富，F(xiàn)Z硬度約為600 HV，在HAZ中達(dá)到700 HV的最大值。拉伸試驗(yàn)顯示了延展性(1.3%)和高拉伸強(qiáng)度(1200 MPa)。

高溫焊接導(dǎo)致了貝氏體和奧氏體晶粒的微觀結(jié)構(gòu)。

樣品在455°C時在奧氏體晶體有66%左右的貝氏體。FZ的硬度為320 HV，在HAZ中最高達(dá)到390 HV，約占AT20值的一半。拉伸試驗(yàn)顯示，拉伸強(qiáng)度最高為2.7%，抗拉強(qiáng)度為840 MPa。

樣品在529°C時在奧氏體晶體有33%左右的貝氏體。與HT455相比，貝氏體百分比的減少是由于在冷卻過程中低溫溫度太低。此外，本樣品還提供了一些聯(lián)合貝氏體。FZ的硬度為310 HV，在HAZ中最高達(dá)到320 HV，與原始基材相似。拉伸試驗(yàn)顯示，拉伸強(qiáng)度最高為3.5%，拉伸強(qiáng)度為650 MPa。

根據(jù)de Lima的研究，該技術(shù)可以很容易地應(yīng)用于制造，以提高高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼的激光焊接。

汽車工業(yè)用激光焊接將鋼坯和沖壓成形的構(gòu)件(如柱子、橫梁、鋼軌、框架、隧道和鋼筋)連接在一起，比傳統(tǒng)的焊接方法更快、更可靠。

在航天工業(yè)中，激光焊接被波音和空客等飛機(jī)制造商以及一些較小的歐洲公司使用，以提高飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、再入飛行器、天線、機(jī)載系統(tǒng)和無人機(jī)結(jié)構(gòu)的焊接可靠性。這個行業(yè)的激光焊接結(jié)構(gòu)必須能夠承受高溫和外部壓力，因此需要非常高的可靠性。

de Lima目前正在從事一項(xiàng)由FAPESP支持的項(xiàng)目，以證明他的技術(shù)在巴西的可行性，并將其用于馬氏體時效鋼的激光焊接，這是巴西火箭和導(dǎo)彈引擎的重要組成部分。