不等厚激光拼焊板成形性能研究

摘要

综合目前社会发展对降低能源和改善环境的需求，被称为绿色再制造技术之一的拼焊板所具有的优点将使其成为未来工业的主导方向之一。拼焊板是指在成形前将不同厚度、不同材质或不同表面涂层的平板材料焊接在一起而形成的平板坯料。拼焊板冲压成形后，在满足零件不同性能要求的同时，还能满足减少重量，节约能源要求的目的。采用激光焊接的拼焊板不仅产品质量和生产效率高，且生产成本低，是未来拼焊板技术发展的重要方向。本文针对1.8mm厚的SAPH440和2.2.mm厚的DP600不等厚异质板材采用激光焊接技术实现拼焊，进一步研究SAPH440和DP600的不等厚激光拼焊板的焊接接头性能、成形性能，同时使用Dynaform软件对拼焊板的成形过程进行模拟。
　　 首先研究了SAPH440和DP600不等厚激光拼焊板焊接接头的特征：焊缝宽度窄，热影响区窄，焊件变形小。焊缝组织为针状铁素体和片状珠光体；SAPH440侧热影响区组织为块状珠光体和颗粒状的铁素体；DP600侧热影响区组织为块状珠光体和片状铁素体。焊缝两侧硬度分布不同，焊缝处的硬度高于母材。
　　 然后采用拉伸试验、断口扫描试验、杯突试验对不等厚SAPH440和DP600激光拼焊板的成形性能进行研究：针对焊缝处于拉伸试件的不同方向进行拉伸试验，结果表明：焊缝平行于拉伸方向时，材料成形的形状稳定不容易回弹，且变形时不容易失稳，板材有较大的拉伸变形能力；焊缝垂直于拉伸方向时，板料的变形不均匀，拉伸变形性能差。拼焊板发生塑性变形时，应尽量使焊缝平行于拉伸方向。
　　 针对拼焊板拉伸试样断口形貌进行测试，测试结果揭示了当焊缝平行于拉伸方向时，断口中既有大量的拉伸断裂韧窝，也有明显的撕裂痕，表现为韧性断裂与解理断裂的混合断裂：当焊缝垂直于拉伸方向时，断口形貌为等轴韧窝，表现为韧性断裂。
　　 针对拼焊板的胀形性进行杯突试验，研究表明，拼焊板的杯突值低于任何一侧母材的杯突值，即拼焊板的胀形性低于母材。焊缝的位置对不等厚拼焊板的胀形性有一定的影响，薄板所占比例越大，拼焊板的胀形性越好，在胀形的过程中，由于薄板的变形量大，焊缝向厚板侧移动。
　　 进一步利用Dynaform软件对拼焊板的成形过程进行仿真分析：采用忽略焊接接头类型，只考虑焊缝位置建立模型，分析结果表明单一板材的模拟结果与真实试验基本一致，拼焊板的模拟结果与真实试验略有差异。
　　 使用TIG焊对0.7mm厚的镀锌板SGCC进行焊接试验.并对拼焊板的焊接接头性能进行检验。试验结果表明：镀锌板SGCC的TIG拼焊质量良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 拼焊板发展概述

1.2 拼焊板成形件的特点

1.3 国内外拼焊板研究现状

1.3.1 拼焊板变形特点

1.3.2 拼焊板焊接工艺研究

1.3.3 拼焊板成形性能研究方法

1.4 本文的研究目的和意义

1.5 本文的主要研究内容

第二章 不等厚拼焊板的焊接性分析及焊接接头性能测试

2.1 选材

2.2 材料的焊接性分析

2.3 材料的激光拼焊

2.4 拼焊板焊接接头微观组织测试及分析

2.5 拼焊板焊接接头显微硬度测试

2.5.1 试验方法

2.5.2 显微硬度测试结果及分析

2.6 本章小结

第三章 不等厚激光拼焊板拉伸试验

3.1 引言

3.2 不等厚激光拼焊板单向拉伸试验设计

3.2.1 试验设备

3.2.2 拉伸试样设计

3.2.3 试验结果及分析

3.3 拉伸试样断口形貌测试及分析

3.3.1 断口形貌测试

3.3.2 断口形貌分析

3.4 本章小结

第四章 不等厚激光拼焊板杯突试验

4.1 引言

4.2 杯突试验原理

4.3 不等厚激光拼焊板杯突试验设计

4.3.1 试验设备

4.3.2 杯突试样设计

4.3.3 杯突试验测试

4.4 试验结果及分析

4.4.1 试验结果

4.4.2 试验结果分析

4.5 本章小结

第五章 不等厚激光拼焊板成形的Dynaform模拟

5.1 引言

5.2 软件介绍

5.2.1 Dynaform主要组成模块

5.2.2 有限元模拟仿真软件Dynaform的主要特点

5.3 不等厚激光拼焊板模拟分析模型的建立

5.3.1 几何模型的建立

5.3.2 有限元模型的建立

5.4 模拟计算结果及分析

5.5 本章小结

第六章 镀锌板SGCC的TIG拼焊及焊接接头性能研究

6.1 引言

6.2 选材

6.2.1 材料的焊接性分析

6.3 材料的焊接

6.3.1 焊接方法

6.3.2 焊接试验

6.4 焊缝性能的检验

6.4.1 焊接接头金相组织分析

6.4.2 焊接接头显微硬度试验

6.4.3 焊接接头结合强度试验

6.4.4 拉伸断口形貌

6.5 试验结论

第七章 结论与展望

7.1 试验结论

7.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢