热冲压高强钢点焊接头失效行为研究

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随着世界汽车产量及保有量的急剧增加,“节能、环保、安全”已经成为新世纪汽车行业发展的三大主题,而节能、减排最有效的途径之一就是通过减轻车体自重实现车身轻量化。热冲压高强钢的使用能够在稳步提高汽车碰撞性能的前提下有效降低车重,达到节能减排的目的,逐步取代了车身常规材料,如低合金钢等。电阻点焊是车身结构件的主要连接工艺,然而,基于相变强化的热冲压硼钢(22MnB5)由于其电阻率高、导热率低等特点,点焊的热过程瞬时完成,焊核和热影响区的材料组织变化不完全符合钢材熔焊时的连续冷却转变规律,接头的性能也不服从普通钢材点焊时的强度匹配状况,点焊热循环峰值温度高、局部冷却速率不均匀,直接导致点焊接头的组织不均匀性和力学性能不均匀性,在承受不同载荷时以几种不同的失效方式失效。以原有的经验公式4t评价热冲压硼钢接头质量存在严重的评价不足问题,因此,研究热冲压硼钢焊点失效机理,建立失效模式评价模型是亟待解决的重要问题。基于以上背景,本文以1.6mm热冲压硼钢材料为研究对象,结合静态力学性能和动态力学性能研究接头的失效机理。首先通过设计正交实验研究了焊接电流、通电时间、电极压力等对热冲压高强钢点焊接头显微组织、失效方式、力学性能的影响规律;通过静载拉剪实验研究了热冲压高强钢点焊接头剪切拉伸性能、正交拉伸性能以及断裂功吸收性能;通过动态疲劳试验研究了焊接飞溅以及焊接热输入过大对接头疲劳性能的影响,分析不同应力水平下焊点疲劳失效方式及疲劳裂纹扩展规律;结合接头显微硬度曲线、微观金相及SEM分析接头的力学性能不均匀性及不同失效方式的失效机理。研究发现,母材厚度,熔核直径以及熔核区缩孔、应力集中及热影响区局部韧性恶化是影响接头失效方式的主要因素。通过建立热冲压高强钢点焊接头力学模型,获得评价热冲压高强钢焊点失效的临界熔核直径公式,然后针对1.2mm和2mm热冲压高强钢焊点失效方式对该临界直径进行了实验验证,研究表明该公式能够在既不增加焊接成本又不浪费资源情况下准确评价热冲压高强钢焊点失效。
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