BS960E高强钢激光复合焊焊丝匹配及其焊接性研究

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轻量化已成为全球绿色发展道路的重要战略方向。高强钢作为重载车辆制造的主要材料,与铝镁合金等轻质材料相比,其强韧匹配性更好、安全系数更高。提升强度已成为高强钢在车体轻量化应用的必然选择。然而随着强度等级达到1000MPa级,高强钢的传统焊接接头性能恶化严重,阻碍了1000MPa级高强钢的推广应用。激光-MAG复合焊接有着焊接效率高、热输入小等优良特点。因此,通过焊丝匹配结合激光-MAG复合焊接方法,改善高强钢焊接接头性能并提高焊接效率,从而推动高强钢在重载车辆上的轻量化应用。本文以6.5mm厚1000MPa级BS960E高强钢为研究对象,采用激光-MAG复合焊接方法进行工艺优化。首先通过理论性分析与试验结合的方法,对BS960E高强钢进行焊接性评估。然后结合焊接性结果,选用等强匹配和低强匹配焊丝进行工艺优化适应性研究,并对BS960E高强钢焊接接头组织性能分析。焊接性分析表明,BS960E高强钢理论上具有较大淬硬倾向及冷裂敏感性,但在激光-MAG复合焊接的条件下,随着线能量在4.10-6.69k J/cm的变化,冷裂纹率远低于20%。并且通过对比两种焊丝焊接接头在3种线能量条件下的冷裂纹及热裂纹敏感性,表明无热裂纹出现,冷裂纹率均满足使用要求。说明激光-MAG复合焊接条件下,BS960E高强钢可焊性良好。工艺研究结果表明,I和Y型坡口下,两种焊丝均实现了激光-MAG复合单道焊接工艺优化,焊接成形良好。并对I型坡口下,3组优化工艺的焊接接头-40°C冲击性能进行了对比,结果表明焊接速度为19mm/s、激光功率为4600W、送丝速度为11m/min时,两种焊丝焊接接头冲击性能较好。说明增加焊丝填充量并合理控制线能量能够有效改善焊接接头性能。通过对接头组织性能分析,两种填充材料形成以贝氏体主的焊缝,热影响区受相同线能量影响形成板条马氏体。低强匹配焊丝80YM焊缝比等强匹配焊丝90G焊缝硬度低,但与母材相当,热影响区软化得到有效抑制。80YM及90G焊丝焊接接头在Y型坡口下,-40°C冲击韧性较好,抗拉强度与母材相当,80YM焊接接头有较好延伸率。Y型坡口下,两种焊缝冲击性能相比,80YM焊缝冲击性能较好。与I型坡口下两种焊缝冲击性能相比,Y型坡口下焊缝冲击性能均较高。在疲劳裂纹扩展分析中发现,焊缝抗裂纹扩展能力最差,热影响区居于母材和焊缝之间。而两种焊缝相比较而言,低强匹配焊丝有更好的抗疲劳裂纹扩展的能力。
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