DP600高强钢GMAW焊接接头组织及性能研究

2014-09-17王金凤

电焊机 2014年5期

王金凤

(湖北汽车工业学院材料工程系，湖北十堰 442002)

0 前言

汽车油耗除与发动机的性能有关外，还和整车质量密切相关。20世纪80年代就有专家提出，汽车质量每降低10%，油耗可降低8% ～10%。汽车车身质量大体占车总质量的30%，因此车身减重的潜力很大［1］。即通过采用轻量化的材料，降低车辆自重，达到节能减排的效果。但是汽车轻量化是与汽车安全、满足车辆正碰和侧碰法规相矛盾的，

收稿日期:2013－10－22采用先进高强钢(DP钢、TRIP钢、TWIP钢等)在保证钢材强度的同时，又能保证材料的延伸率［2］，达到了既减轻车身自重，又能保证车身设计符合安全碰撞法规这一要求。

目前汽车生产中应用最多的焊接方法是电阻点焊，如汽车车身90%以上都是通过点焊完成［3］，但在某些点焊焊钳无法到达部位(如驾驶座后部拐角大的地方)，必须采用熔化焊方法进行焊接。为了能使车身焊接质量满足要求，适应车身的焊接，对汽车中用量最大的先进高强钢中的DP(双相)钢进行不同的熔焊方法研究。前期研究发现采用等强匹配的焊接接头容易产生焊缝开裂现象，为了解决这一问题，采用了低匹配的H08Mn2A焊丝进行焊接，焊接方法分别采用CO2气体保护焊、MIG焊和MAG焊。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

实验材料采用先进高强钢中的双相钢DP600，厚度1.5 mm，化学成分及力学性能如表1所示。显微组织如图1所示，铁素体基体上分布着岛状的马氏体，铁素体为塑性较好的基体，而其上分布的马氏体主要起到增强基体强度的作用［4］。焊接材料依据低强匹配原则，选用H08Mn2A焊丝，其化学成分如表2所示。

图1 DP600显微组织Fig.1 Microstructure of base metal

表1 DP600钢化学成分和机械性能Tab.1 Chemical compositions and mechanical properties of DP600

表2 H08Mn2A化学成分Tab.2 Chemical compositions of H08Mn2A %

1.2 试验方法

将DP600钢板加工成100 mm×60 mm的试样，将待焊试样对接面打磨平整，保证精确、均匀的对接间隙。焊接前采用喷砂处理除掉钢板表面的油、锈和氧化物，避免这些杂质影响焊接质量。在工作台上将焊接试样用自制的焊接夹具装配好，保证焊接板材紧密对接。分别采用φ(Ar)80%+φ(CO2)20%混合气体、纯度为99.99%的氩气和CO2气体进行气体保护焊焊接。通过调节工艺参数，观察焊缝表面形貌和横截面微观形貌，测试机械性能，获得了在不同焊接方法下的最佳工艺参数匹配，如表3所示。

表3 获得完美接头的三种焊接方法工艺参数Tab.3 Parameters of welding with good joints

将焊接好的试样按照GB/T1261－2008拉伸试样标准截取拉伸试样和金相试样，通过拉伸实验测试焊接接头的抗拉强度，通过金相组织分析在不同焊接方法下所获得的焊接接头不同区域的组织形貌，并进行显微硬度分析。

2 试验结果和分析

在合理的工艺参数配合下，三种焊接方法均能获得无表面缺陷的焊缝，经超声波探伤没有气孔、夹杂和裂纹等内部缺陷。

2.1 机械性能

拉伸实验结果见表4。可以看出，在合理的焊接参数下所获得的焊接接头抗拉强度与母材接近或高于母材的抗拉强度(630 MPa)，拉伸断裂发生于母材，说明焊接接头的力学性能满足要求。

表4 不同焊接方法下焊接接头的抗拉强度和延伸率Tab.4 Mechanical properties of GMAW－weld joints

2.2 焊接接头微观组织

不同焊接方法下的焊缝、热影响区和不完全正火区的显微组织如图2所示。由图2可知，不同的焊接方法获得焊缝区组织略有区别，MIG焊中焊缝的金相组织主要由较细的板条马氏体组成，在马氏体中分布有极少量的贝氏体组织;在CO2气体保护焊和MAG中焊缝区主要由铁素体和渗碳体组成(见图2b、图2c)，焊缝金属中具有明显的铁素体边界;CO2气体保护焊的组织较MAG组织略粗大。

图2 三种焊接方法下获得的焊缝区组织Fig.2 Microstructure of weld metal

不同焊接方法下的热影响区组织均为细小的回火马氏体和较粗大的羽毛状贝氏体组成，由于有贝氏体的存在，该区的硬度较焊缝有所下降。而在焊接接头的不完全正火区，是由已经发生了相变的细小马氏体、贝氏体和部分没有发生转变的铁素体组成。不同区域的组织不同，对机械性能的影响也不同。

图3三种焊接方法下的热影响区组织Fig.3 Microstructure of heated affected zone

在焊缝金属与HAZ交界区域即熔合区，可以看到两侧组织有明显的区别，在焊缝区域的组织主要由细小铁素体+少量贝氏体组成，在HAZ区则由细小的板条状马氏体组成，如图4所示。

2.3 焊接接头的硬度分布分析

由于在焊接过程中经历了不同的热循环，焊缝区、熔合区和热影响区均经历组织和性能的变化。不同焊接方法下获得的焊接接头显微硬度分布如图5所示。由图5可知，不同的焊接方法下获得的焊接接头硬度分布趋势大体相同，即在焊缝区硬度较高，达到了300 HV。焊接热影响区的硬度比母材略高，说明该钢种在现有的几种焊接方法中没有出现焊接热影响区软化的现象。