超高強度鋼激光焊接時的變形研究

超高強度鋼激光焊接時的變形研究

刊名：Journal of Laser Applications（英）

刊期：2015年第27期

作者：Karl Fahlstrom et al

編譯：王瑩

輕量化逐漸成為汽車行業中的焦點。單位質量的高強度鋼具有較高的強度、剛度和耐沖擊性，因此逐漸被引入到汽車中。隨著科技的發展，超高強度鋼（UHSS）在汽車工業中得到了多種應用，如前后保險杠梁、風窗玻璃增強件、B柱加強件、地板和車頂加強件，以及車頂和前圍板橫梁等。這些部件的焊接傳統上采用電阻點焊，但為了進一步提高生產率和部件強度而采用了激光焊接。由于材料中存在內應力，因此激光焊接件容易發生變形，導致裝配期間存在間隙和誤差使得接頭的質量變差。

對汽車A柱和B柱結構處的凸緣進行激光焊接時，用光學測量系統動態地記錄變形；采用數字游標卡尺測量最終的變形。此外，通過有限元仿真模擬在焊接過程中以及焊接結束后A柱和B柱凸緣產生的位移場，分析焊接過程中的變形。

研究結果表明，高強度鋼發生的變形模式主要是彎曲和橫向膨脹。單凸緣由于其不對稱的幾何形狀而產生縱向彎曲，雙凸緣遭受橫向膨脹。最大單凸緣變形與原始幾何形狀相比為約1.0mm，而最大雙凸緣變形達到8.0mm。焊接過程的熱輸入與變形的大小和接頭質量有較大的相關性，且焊縫越長將發生的扭曲越多。從生產的角度來看，常規的激光焊接使得零部件產生較大的變形，而間歇焊接控制能很好地改善這個問題。與游標卡尺測量相比，采用光學測量技術的測量在焊接過程具有極大的潛力。本研究還確定了顯著影響材料扭曲大小和分布的參數，也驗證了有限元模擬可用于分析超高強度鋼激光焊接時的變形。