激光拼焊侧围加强板开裂分析及控制技术，你值得拥有！

来源：365招生网-天天招生网

2021-02-22 15:36:33|已浏览：809960次

整体高强度封闭结构拼焊板成形技术是在德国最先应用于生产，因其在尺寸精度和整车减重方面的优势，已在世界各先进国家中广泛应用。由于此类零件在制造技术上存在难点，因而在国内各自主车型上很少应用。近年来，随着高强度兼具高成形性材料的先进超高强钢的开发与应用，零件制造技术能力显著提升，特别是激光拼焊侧围加强板类零件的应用显著增多。在某车型侧围加强板上，TRIP800 通过激光拼焊方式与其他材料连接。1 侧围加强板零件特性分析1.1 侧围加强板选材某车型侧围加强板零件坯料激光拼焊样式见图1，主要包括拼焊形式、坯料用材规格及厚度。从图1 可以看出，该零件采用 6 块材料激光拼焊而成，材料厚度分别 1.4, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0 mm，最高强度级别为TRIP800 材料，其余材料选材为 TRIP600, ST280DZ-60/60, 590R。零件尺寸为 2237 mm×1470 mm，侧围加强板零件重量超过 15 kg。零件最高强度为 800 MPa，这种材料在冷冲压生产中用于复杂拉延零件生产存在两大难点：① 由不同材质、不同料厚材料整体拼焊结构引起的，主要在于相邻材质强度、厚度的差异造成成形过程中进料的不均匀性，再加上高强度板本身高含碳量对焊缝质量的影响，致使成形难度极大；② 封闭的产品结构，这种结构限制了拉延过程中材料的流入，较开放式产品结构更难于成形。

1.2 侧围加强板成型工艺激光拼焊的侧围加强板，主要有以下 5 序生产：开卷落料、激光拼焊、拉延成形、修边-冲孔-侧修边、修边-冲孔-翻边-整形。2 侧围加强板开裂问题分析该零件前期使用激光切割料片进行调试时没有发生拉延开裂的问题，具备稳定生产条件，仅仅是个别出现激光焊缝开裂问题。在生产准备后期，正式采用量产材料进行生产时，发生严重的拉延开裂，无法直接用于生产。制件存在的主要问题是开裂现象严重，具体开裂位置见图 2。

从图 2 可以看出，开裂位置位于 B 柱下拐角区域，该开裂区域使用材料为 TRIP800，厚度为 1.6 mm。拉延过程中该局部受拉应力为主，超出变形极限后造成开裂，板料断面存在大量微裂纹，及应力集中点，导致制件开裂无法消除，废品率接近 100%。边部毛刺打磨二次加工后，进行再次试冲，开裂率降低。3 TRIP800 性能控制，牌号TRIP800，厚度为 1.6 mm，屈服强度为 430 MPa，抗拉强度为 772 MPa，均匀伸长率为 18.5%，断裂伸长率为 26.8%，扩孔率为 38.8%。冲压过程中开裂率明显降低至 2%，开裂率降低取得明显效果。该批次试验料采用激光切割方式落料，后续大批量落料生产难以为继，需要新增开落料模。同样模具状态生产，开裂率几乎 100%。为此全面剖析了前期宝钢生产高扩孔 TRIP800 材料和国内某钢厂的商业化 TRIP800 材料，寻找不同卷间的组织和性能差异。3.1 化学成分测定4 卷材料的化学成分均以 C, Si, Mn 为主，宝钢的目标成分为 0.17C-1.5Si-1.5Mn，而对比材的目标成分为 0.24C-1.1Si-1.6Mn，从成分上对比，对比材的碳当量远高于宝钢材料。

3.2 显微组织金属材料显微组织见图 3，分别通过 1000 倍（左侧）及 3000 倍（右侧）放大观察金相组织。从图 3可以看出，4 卷材料的显微组织为铁素体+贝氏体或马氏体+残余奥氏体。其中，宝钢材料的马氏体含量偏多，而对比材料的残余奥氏体含量偏多，宝钢的三卷材料组织特征相同。

3.3 残余奥氏体含量分析XRD 分析结果见图 4，4 种材料的残余奥氏体的质量分数对比为 ANG(13.3%)>4701(10.6%)>5201(8.8%)>4501(4.5%)。宝钢材料的主要组织为铁素体+贝氏体或马氏体+残余奥氏体，代号 4501 卷的残余奥氏体的质量分数仅 4.5%，代号 4701 卷和 5201卷的残余奥氏体的质量分数为 9%~10%，而对比 ANG材料的主要组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体，残余奥氏体质量分数明显偏多，达到 13%以上。TRIP 钢的塑性变形能力与所含残余奥氏体的数量有密切关系，成形高度 H 几乎与残余奥氏体数量成直线关系，当残余奥氏体量达 20%时，H 达最大值，再增加残余奥氏体数量，H 值就下降了。

3.4 扩孔试验结果扩孔试验依据 GB/T 15825.4—1995 进行试验，样板尺寸为 150 mm×150 mm，冲孔均由生产现场检化验冲裁，扩孔试验宏观形貌见图 5。从结果看，4 卷材料的扩孔结果为：对比材 ANG＜宝钢材料 4501＜宝钢材料 4701＜宝钢材料 5201卷。值得关注的是，对比材 ANG 的扩孔率仅 20%左右，远低于宝钢材料，但宝钢材料中，4501 卷的平均值最低，测试的扩孔率在 35%左右。

3.5 力学性能拉伸试样为 JIS13A，采用 3 组拉伸数据取平均值的方法。从性能实绩看，对比材料的屈服和抗拉均高于宝钢材料，而宝钢材料 5201 和 4701 的伸长率要高于对比材，但宝钢材料 4501 的伸长率则低于对比材。此外对比材 ANG 的 n 值高于宝钢材料，而宝钢的 3 种材料中，4501 的 n 值最低。拉伸试样见图 6。

3.6 表面粗糙度测试样板上下表面的粗糙度，每面测试 10 个数据点取平均值，结果见表 4。从结果看，4 卷材料的粗糙度接近。

4 生产调试宝钢生产高扩孔 TRIP800 材料，卷号分别代号4701、代号 5201、代号 4501，进行生产调试。模具原来调试使用国内某钢厂材料，使用新的钢厂材料，需要进行调试匹配材料，具体调试如下：①卷号 5201，生产 104 片，开裂 10 片开裂率为 9.6%。开裂 10 片主要为首次冲压时模具调试期间，后通过开裂区域镶块垫片调整至 2 mm 高度，连续生产无开裂，后切换卷号代号 4501，生产 6 片，全部开裂；②开裂区域镶块垫片调整至 2 mm 高度，压边力 650kN 的模具状态下，生产卷号 4701，生产 100 件，开裂 1 件，且该开裂属于焊缝质量问题，与材料无关，开裂率为 1%。后切换卷号代号 4501，在 4701 卷号生产稳定后的情况下试冲，冲压 4 件，开裂 4 件。从整个 2 次试冲可以看出材料性能偏下限（卷号 4501），冲压易开裂，材料性能需严控。其余卷号，在压边力调整及压边圈镶块垫片逐步调整的情况下，冲压后续都能连续稳定生产。对比材 ANG 的使用，通过模具调整，也能满足稳定生产的需求。对于激光拼焊侧围加强板，B 柱下端拐角区域采用 TRIP800 材料，在材料性能屈服、抗拉强度符合要求的情况下，结合目前模具状态，即压边力控制在 650 kN。开裂区域压边圈镶块垫片高度保持约 2 mm，并根据材料性能做适当调整的情况下。材料伸长率≥25%，n 值不低于 0.18 的情况下，能够满足稳定生产要求。5 结论 1) 从冲压结果可以看出，在 TRIP800 材料屈服、抗拉强度满足要求的情况下，目前的模具状态下，材料伸长率≥25%，n 值不低于 0.18 的情况下，能够满足冲压过程中的稳定生产。2) 扩孔试验结果表明，通过对比材 ANG 的使用，也能满足稳定生产来看，扩孔率更高的代号 4501卷的生产反而开裂严重，说明在该零件的成形过程中，扩孔率并不是唯一影响开裂的性能指标。为保证冲压稳定，需对材料的延展性以及加工硬化特性进行要求。
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