汪小培，张永强，鞠建斌，张发云，杨建炜

（1.首钢技术研究院，北京100043；2.绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室，北京100043；3.环境保护部核与辐射安全中心，北京100082）

DP590激光拼焊板焊接性能和成形性

汪小培1，2，张永强1，2，鞠建斌1，2，张发云3，杨建炜1，2

（1.首钢技术研究院，北京100043；2.绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室，北京100043；3.环境保护部核与辐射安全中心，北京100082）

激光拼焊板作为车身轻量化的重要技术，在汽车行业中应用前景广阔。研究了1.6 mm和2.0 mm规格的DP590激光拼焊板的焊接接头力学性能，并对其成形性能进行了分析。结果表明，焊接接头强度高于母材强度，但其延展性低于母材；焊缝区的显微硬度分布均匀，热影响区不存在明显的软化点；杯突试验中焊接接头开裂位置均在母材上，断口为韧性断裂，焊缝质量良好。

DP钢；激光焊接；焊接性能；成形性

0 前言

激光拼焊板是一项高新技术，解决了冷轧不能生产超宽板以及不等厚板等问题，目前主要应用于汽车门内板、底板、立柱等不同等厚钢板的拼焊中。车身轻量化和提高安全性与舒适性是汽车制造商面临的巨大挑战，拼焊板作为车身轻量化的重要技术获得了广泛应用。拼焊技术具有降低车重，从而降低油耗，提高整体性能以及保护环境等优势，在汽车行业中应用前景广阔。然而，由于焊缝的存在和厚度与材料性能的差异，拼焊板的成形性能低于单一板材[1-3]。

双相钢属于相变强化高强度钢，由铁素体与马氏体组成，具有屈强比低、无屈服延伸、应变强化指数高和良好的抗碰撞性能等特点，双相钢激光拼焊板兼具双相钢板和激光拼焊板的技术优点，常作为车身结构件来使用[4]。

本研究对1.6 mm和2.0 mm规格的DP590冷轧

钢板进行激光拼焊，分析了焊接接头的微观组织、显微硬度和力学性能，并研究了焊接接头区域的成形性能以及断口形貌。

1 实验材料与设备

1.1 试验材料

试验使用的材料为DP590冷轧钢板，钢板厚度规格分别为1.6 mm和2.0 mm。该钢种两种厚度规格的主要化学成分如表1所示。

表1 DP590钢板的化学成分％

两种厚度规格的力学性能如表2所示。厚1.6 mm时，钢板的屈服强度为387 MPa，抗拉强度为638 MPa，伸长率为23％；厚2.0 mm时，钢板的屈服强度为416 MPa，抗拉强度为635 MPa，伸长率为22％。

表2 DP590钢板力学性能

1.2 试验设备

焊接试验使用的设备是HL4406D激光焊机，最大输出功率为4 400 W，光束质量为25 mm·rad。两种厚度规格的试样钢板进行激光拼焊之后，在焊接接头处切取10 mm×10 mm的标准金相试样以及A80的标准拉伸试样。金相试样用4％的硝酸酒精溶液进行腐蚀，使用Leica DMI5000M金相显微镜观察微观组织，并用Leica HXD-1000TM显微硬度测试仪测量显微硬度。使用Zwick-Z100拉伸试验机测试焊接试样的抗拉性能，使用Zwick-BUP600板材成形试验机进行杯突试验，并用Hitachi S-3400NⅡ型扫描电子显微镜观察断口形貌。

2 分析与讨论

2.1 焊接接头的组织形貌

1.6 mm DP590和2.0 mm DP590冷轧钢板的基体组织如图1所示，其组成为沿轧制方向拉长的铁素体组织和马氏体岛组织。由图1可知，2.0mmDP590中的马氏体岛组织占比要比1.6 mm DP590高，这是由于1.6 mm DP590的变形量比2.0 mm DP590大，因此导致铁素体形核率提高，从而使得1.6 mm DP590中铁素体的占比要比2.0 mm DP590中大。

图1 基体微观组织形貌

1#金相样焊接接头组织形貌如图2所示。图2b和图2d分别为焊缝左侧影响区（2.0 mm DP590）和焊缝右侧（1.6 mm DP590）的微观组织，图2c为焊缝区的组织形貌。焊缝区为板条状马氏体组织，热影响区主要为马氏体组织和少量的铁素体组织，再到母材区为铁素体加马氏体岛组织。焊缝左右两侧热影响区组织的差别不大。

2.2 力学性能与显微硬度

分别在板宽方向边部、1/4位置和中部取焊接接头的A80标准拉伸试样，进行抗拉试验，试验结果如表3所示。三个位置的屈服强度差别不大，边部的抗拉强度比1/4位置和中部略小，中部的塑性比1/4位置和中部的略好。三个位置拉伸试验的断裂位置均在母材上，说明焊接接头的力学性能比母材好。

分别对板宽边部和板宽中部焊接接头处的显微硬度进行分析，其结果如图3和图4所示。焊缝区的显微硬度值为400～430 HV，母材区的显微硬度

值为200～230 HV，硬度分布均匀。热影响区不存在明显的软化点，板宽中部的硬度分布与板宽边部的差别大不，说明沿板宽方向焊缝组织比较均匀。

图2 焊接接头组织形貌

表3 焊接接头的拉伸性能

图3 板宽边部焊接接头的显微硬度

2.3 杯突试验

对焊缝区进行杯突试验，检验焊缝区的成形性能，结果如图5所示。从板宽边部到中心依次进行杯突试验，到达极限时，1#、2#、3#、4#、5#和6#样的开裂位置均在母材上，由此说明，焊缝强度比母材强度高，在承受均匀变形时，母材比焊缝先出现破坏，焊缝焊接质量良好。

图4 变宽中部焊接接头的显微硬度分布

表4为杯突试验中的破坏力和高度，1～6#样的破坏力和高度相差不大，破坏力为40～43 kN，破坏时的杯突高度为8.4～8.8 mm，焊缝周边的母材性能均匀，焊缝质量良好。

2.4 断口分析

观察杯突试验中激光拼焊板板宽边部的1#试样和板宽中部的4#试样进行断口形貌，如图6所示。板宽边部和中部开裂处的断口均为韧窝状断口，为韧性断裂，不存在脆性相。从图6中可以看出，断口处没有明显的夹杂或气孔。焊缝周边的母材发生韧性断裂后，焊缝区仍然保持完整，说明焊缝区的成形性能良好。

图5 杯突试验结果

表4 杯突试验破坏力和高度

图6 杯突试验断口形貌

3 结论

（1）2.0 mm DP590和1.6 mm DP590激光焊接接头的屈服强度450～455 MPa，抗拉强度约635～650 MPa，伸长率10.5％～11.5％。焊接接头的强度要高于母材，但其延展性低于母材。

（2）焊接接头焊缝区显微硬度400～430 HV，母材区的显微硬度200～230 HV，硬度分布均匀，热影响区没有明显的软化点。

（3）焊缝区在杯突试验中开裂位置均在母材上，最大破坏力约为42 kN，破坏时的杯突高度约为8.5 mm，为韧性断裂，焊缝质量良好。

[1]王非森.激光拼焊板的研究现状[J].电焊机，2010，40（5）：177-183.

[2]姜银方，张永康，朱元右.差厚激光拼焊板焊缝移动与回弹控制[J].焊接学报，2008，29（1）：31-34.

[3]李艳华，林建平.汽车车身激光拼焊板国内外研究进展[J].汽车工程，2014，36（6）：763-767.

[4]陈炜，何振良，郭玉琴.双相钢激光拼焊板温成形拉深性能分析研究[J].材料工程，2012（7）：15-19.

Welding properties and formability of DP590 tailor welded blanks

WANG Xiaopei1，2，ZHANG Yongqiang1，2，JU Jianbin1，2，ZHANG Fayun3，YANG Jianwei1，2
（1.Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100043，China；2.Beijing key Laboratory of Green Recyclable Process for Iron&steel Production Technology，Beijing 100043，China；3.Nuclear and Radiation Safety Center，Beijing 100082，China）

As an important technology of lightweighting，the laser tailor welded blanks have broad application prospect in the automotive industry.In this paper，the mechanical properties of the welded joints of DP590 tailor welded blanks of 1.6mm and 2.0 mm are studied，and the formability is analyzed.The results show that the strength of the welded joint is higher than that of the base metal，but its ductility is lower than that of the base metal.The microhardness distribution of the weld zone is uniform，and there is no obvious softening point in the heat affected zone.In cup drawing test，the cracking position is in the base metal and the fracture is ductile，which indicates the good welding quality of the welded joints.

DP steel；laser welding；welding property；formability

TG456.7

A

1001-2303（2016）08-0022-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.08.05

2016-03-15；

2016-04-16

汪小培（1987—），男，湖北武汉人，硕士，主要从事材料焊接性和焊接工艺的研究工作。