汽车轻量化是未来汽车发展的主要方向,而高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面具有明显的优势,能够满足汽车轻量化和提高碰撞安全性能的双重需要,从成本与性能角度来看,是满足车身轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。钢板材料随着技术的进步,从普通板材、高强度板、超高强度板到热成形板,其屈服强度从不足200MPa发展到目前超过1500MPa。热成形板材越来越多的应用到汽车上,包括A柱、B柱、保险杠、纵梁、通道、前地板、侧围等,如图1所示。
热成形钢具有强度高、加工性能好等优良的综合性能,从而得到世界各国的大力开发和研究,成为车用钢板的热门材料。东风(武汉)实业有限公司的热成形工厂是国内顶尖的热成形生产企业。目前向神龙、东风、本田、雷诺、日产等多个整车生产厂家供货。设计背景
热成形板材在性能上有诸多优点,如极高的材料强度及延展性,很好的材料成形准确度等。但是这种钢材在相互焊接方面存在困难,主要体现在焊接强度与焊点外观难以控制,焊接强度与焊接参数之间没有形成曲线规律。而各个主机厂对于超高强度板材在焊接方面的研究仍然不充分。为了能够找到选择合适参数的方法,我公司通过大量的实验来验证合适的参数。实验的钢板为阿赛洛产的22MnB5热轧钢板,其力学性能见表1,化学成分见表2。
焊核显微组织图
焊接后把焊点沿直径切开,如图2所示,组织形貌由母材(BM)、热影响区(HAZ)及焊核区(WNZ)三部分组成,图2中d为焊核的显微组织。
确定参数范围
首先,根据电流强弱,给出三组参数,见表3。电阻点焊实验设备采用固定式点焊机,型号是DN-200,电极端面直径为8mm。采用25mm×100mm的试片,厚度为1.76mm,长度方向的搭接长度为25mm。
r规范的加热速度小,温度上升梯度小,保温时间长,加热过程WNZ区对HAZ区传递的热量多,因此冷却时焊核区WNZ冷却的速率降低,当提高焊接电流、减小焊接时间即采用y规范时,加热速度大、温度上升梯度大、保温时间短、加热过程焊核区对HAZ区传递的热量少,因此冷却时焊核区冷却的速率相对较高。加热速度越快,过热度越大,奥氏体A实际形成温度越高,形核率大于长大速度,使A体晶粒越细小;冷却时形成M晶粒的大小取决于形核率和长大速度的相对大小,冷却速度越快,过冷度越大,则二者比值越大,因而形成的马氏体晶粒越细小;保温时间越长,A体细化后仍有足够长时间长大,在冷却后M体晶粒越大;综合分析可知:对热冲压高强钢,选取的焊接规范越强,冷却后形成的马氏体板条越小。通过实验对比三种焊接后的实际性能表现,如图3所示。很明显,采取z规范的试样剪切力和十字拉伸力所获得的结果较r、y两种规范好。后面我们围绕z规范继续做实验。
制定精确参数