对热浸Al-Si镀层22MnB5钢激光焊接及焊接接头的组织和性能的研究

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在能源紧张的大环境下,汽车轻量化是节能减排的必然趋势。为了满足汽车轻量化的要求,研究人员和钢铁公司开发出高强度等级的汽车用钢,同时为了满足耐腐蚀性能的要求,通常对钢板的表面进行镀层处理,例如镀铝硅层。不断发展的汽车用钢对焊接工艺也提出了更严格的要求。激光焊接是一种高效精密的焊接工艺,可以实现钢板之间的自熔焊。激光焊接具有许多优点:激光光束质量稳定、发生器体积小、维护成本低,从而促进了激光焊接在汽车制造过程中的应用。在本文中,使用激光焊接对热浸Al-Si镀层22MnB5钢板进行焊接实验研究。本文首先研究了在经过950℃高温热处理后,再进行不同焊速(70-110mm/s)焊接的热浸Al-Si镀层22MnB5钢板,研究了其焊接接头的微观组织相变、力学性能以及耐腐蚀性能。研究结果表明:焊接接头处的组织可以分为焊缝熔合区(FZ)、热影响区(HAZ)以及母材(BM)。焊接接头热影响区(HAZ)分为三部分:内部淬火区、中部不完全淬火区、外部回火区,其组织以马氏体组织为主;由于激光焊接的冷却速度非常快,焊缝熔合区的组织主要是板条状马氏体、贝氏体以及Al-Si镀层熔化进入熔合区形成的Fe3(Al,Si)相。熔合区中的脆性Fe3(Al,Si)相会使得焊接接头力学性能降低,随着焊接速度(70-100mm/s)的提高,热输入量降低,冷却速度加快,生成的马氏体组织更加细小,同时熔合区Al含量降低导致Fe3(Al,Si)相减少,使焊接接头的硬度和抗拉强度都有所提高;当焊接速度为110mm/s时,由于未完全焊透导致焊接接头有微小裂纹缺陷,从而导致其力学性能降低。电化学测试和全浸泡实验结果表明:随着焊接速度的提高,熔合区Al含量降低,其腐蚀速率减小。当焊接速度为110mm/s时,由于未完全焊透导致焊接接头有微小裂纹缺陷,其腐蚀速率增加。本文还研究了在不同焊速(70-110mm/s)焊接后,进行950℃高温热处理的热浸Al-Si镀层22Mn B5钢板,研究其焊接接头的微观组织相变、力学性能以及耐腐蚀性能。研究结果表明:焊接接头的热影响区和母材在热处理之后均转变为以马氏体为主的组织,熔合区中Al元素高温热扩散使其含量降低,Fe3(Al,Si)相小部分转变为铁素体,因此焊缝熔合区组织包括马氏体、贝氏体、Fe3(Al,Si)相和少量铁素体。熔合区中的脆性Fe3(Al,Si)相同样会使得焊接接头力学性能降低,随着焊接速度(70-100mm/s)的提高,热输入量降低,熔合区Al含量随之降低,使脆性Fe3(Al,Si)相减少,使焊接接头的硬度和抗拉强度都有所提高;同样当焊接速度为110mm/s时,由于未完全焊透导致焊接接头有微小裂纹缺陷,从而导致其力学性能降低。而与相同焊接速度的热处理后进行焊接的试样相比,由于脆性Fe3(Al,Si)相减少,其力学性能更好。电化学测试和全浸泡实验结果表明:随着焊接速度的提高,熔合区Al含量的降低,腐蚀速率减小,其耐腐蚀性增加;当焊接速度为110mm/s时,虽然未完全焊透,但是热处理后,其表面裂纹等缺陷消失,导致其耐腐蚀性依旧增加。
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