超高强度钢激光焊接时的变形研究

超高强度钢激光焊接时的变形研究

刊名：Journal of Laser Applications（英）

刊期：2015年第27期

作者：Karl Fahlstrom et al

编译：王莹

轻量化逐渐成为汽车行业中的焦点。单位质量的高强度钢具有较高的强度、刚度和耐冲击性，因此逐渐被引入到汽车中。随着科技的发展，超高强度钢（UHSS）在汽车工业中得到了多种应用，如前后保险杠梁、风窗玻璃增强件、B柱加强件、地板和车顶加强件，以及车顶和前围板横梁等。这些部件的焊接传统上采用电阻点焊，但为了进一步提高生产率和部件强度而采用了激光焊接。由于材料中存在内应力，因此激光焊接件容易发生变形，导致装配期间存在间隙和误差使得接头的质量变差。

对汽车A柱和B柱结构处的凸缘进行激光焊接时，用光学测量系统动态地记录变形；采用数字游标卡尺测量最终的变形。此外，通过有限元仿真模拟在焊接过程中以及焊接结束后A柱和B柱凸缘产生的位移场，分析焊接过程中的变形。

研究结果表明，高强度钢发生的变形模式主要是弯曲和横向膨胀。单凸缘由于其不对称的几何形状而产生纵向弯曲，双凸缘遭受横向膨胀。最大单凸缘变形与原始几何形状相比为约1.0mm，而最大双凸缘变形达到8.0mm。焊接过程的热输入与变形的大小和接头质量有较大的相关性，且焊缝越长将发生的扭曲越多。从生产的角度来看，常规的激光焊接使得零部件产生较大的变形，而间歇焊接控制能很好地改善这个问题。与游标卡尺测量相比，采用光学测量技术的测量在焊接过程具有极大的潜力。本研究还确定了显著影响材料扭曲大小和分布的参数，也验证了有限元模拟可用于分析超高强度钢激光焊接时的变形。