焊缝对拼焊板成形性能的影响 (1)

焊缝对拼焊板成形性能的影响


邱晓刚


(攀枝花钢铁研究院, 攀枝花617000)
摘要: 采用激光焊接技术对冷轧薄钢板进行拼焊,通过对拼焊板进行拉伸试验和模拟成形性能试验,研究分析了焊缝对拉伸性能参数和成形性能参数的影响,比较了拼焊板与母材性能的差异,分析了强度比和厚度比对塑性变形的影响及应变分布。
关键词: 拼焊板; 焊缝; 成形性能; 应变分布

1 引言
激光拼焊板是利用激光加工技术,在零件冲压成形前将不同厚度、不同材质或不同表面涂层的平板材料焊接在一起的平板坯料。激光拼焊板在汽车工业中得到广泛应用。据介绍[ 1 ] ,一辆汽车的车身和底盘由300 余种零件组成,而激光拼焊薄板坯的应用可使零件数减少66 % ,大大减少了零部件的冲压模具。如果采用拼焊板成形技术,各部分坯料拼焊后再整体冲压成形,产品整体质量得到提高,对减轻汽车重量、减少加工工序、降低成本、提高生产效率、减少材料消耗都有十分重要的作用。目前,国内开展激光拼焊板的研究项目不多,中科院金属研究所的张士宏教授[2～4 ] 、宝钢用户技术研究中心与上海交大等在实验室进行了激光拼焊的研究[5 ,6 ] 。国内大多数汽车厂都是引进生产线或直接进口拼焊板,随着我国汽车工业的发展,对激光拼焊薄板的需求日益增加,形成由专门生产激光拼焊薄板的公司向汽车生产厂提供各种拼焊板的新兴产业。因此,开展拼焊板的研究具有重要的意义。笔者对冷轧薄板的激光拼焊板进行了拉伸性能和成形性能试验研究。
2 试验材料
试验选用的冷轧薄板材料分别为St12 ,St16 和镀锌板,母材及拼焊板材料及板厚见表1 。在华中科技大学激光加工中心进行激光拼焊,将拼焊板加工成拉伸试样、扩孔试样、杯突试样和FLD 试样。拉伸试样分别设计成焊缝与拉伸方向垂直和与拉伸方向平行,焊缝在试样中心部位;扩孔和杯突试样的焊缝也在试样中心部位; FLD 试样设计成焊缝平行于主应变方向和垂直于主应变方向两种方式。

3 试验结果及分析
拉伸试验在INSTRON 5569 型试验机上测试,模拟成形性能试验在BCS230D 试验机上测试,应变测量分析用ASAME 自动应变测量系统。
3. 1 焊缝对拉伸性能的影响
3. 1. 1 焊缝平行于拉伸方向
当焊缝平行于拉伸方向时,由于焊缝的强度比母材高,塑性较差,一般在焊缝处被拉断。与相同条件焊缝垂直于拉伸方向的试验结果比较,拼焊板的屈服强度和抗拉强度提高,应变硬化指数n 和伸长率A 降低,见表2 。图1 是应力2应变曲线的比较,
图2 是拼焊板拉伸试验后的试样。
3. 1. 2 焊缝垂直于拉伸方向
当焊缝垂直于拉伸方向时,有以下三种情况:
(1) 同一材料等厚板拼焊,由于材料性能相同,因此拼焊板的拉伸性能基本与母材一致,由于焊缝的影响使材料的伸长率降低,见表2 和图1 。

(2) 不同材料等厚板拼焊,拼焊板的拉伸性能取决于两种材料强度的大小。如果两种材料强度相差不大,在焊缝两边试样的变形基本相同。由于焊缝部位强度高,越靠近焊缝变形越小,最终在强度偏低材料的一侧破裂。从图3 中F27 和F35 的拉伸曲线可以看出,拼焊板的屈服强度和抗拉强度比St16 材料略有提高,比St12 材料低,拼焊板的应变硬化指数n 和伸长率A 降低。如果两种材料强度相差较大,在强度较高的材料一侧变形较小或根本不发生塑性变形,而在强度较低的材料一侧发生塑性变形后断裂,这时拼焊板拉伸性能主要以强度较低的材料为主。图3 中的F17 和F20 拉伸曲线显示,拼焊板的屈服强度比St16 材料提高15 %～2 0 % ,抗拉强度提高5 % ,拼焊板的应变硬化指数n和伸长率A 降低。因此,等厚拼焊板的塑性变形随着强度比的增加而显著降低。