实验研究：激光拼焊板零部件应变分析

2005/3/26/11:44来源：阎启 郭瑞泉 俞宁峰 宝钢股份有限公司1. 实验材料

    本次实验所采用的材料为冷轧钢板，实验材料的厚度为0.8mm 与0.8mm 的等厚板激光拼接。

2. 实验方法

    2.1 激光拼焊

    对上述0.8mm 与0.8mm 的等厚材料进行激光拼焊，在本研究中采用激光切割对其边部进行准备，其质量经检验可以满足激光拼焊时对边部质量的要求。在本次实验中采用PRC CO2 激光器对实验材料进行激光焊接。激光焊接功率采用4000W，焊接保护气体为氦气，试样激光焊接速度为4500mm/min，聚焦焦距为220mm。激光拼焊毛坯件的试样尺寸为1980×1960mm。

    2.2 实冲和实验方案

    对基板和激光拼焊板进行成形极限图实验，按GB/T 15825.8－1995 标准进行。同时将激光拼焊板毛坯件在汽车厂进行冲压，最终形成汽车零部件，将冲压后的零件进行应变测量分析。在本研究中，采用网格应变分析技术，在实验板中前部同一区域印制直径5 毫米的圆形相切网格，在正常生产条件下冲制成汽车零部件，用透明软片网格园进行测量，测量位置为焊缝边。

3. 结果与讨论

    3.1 基板和激光拼焊板成形极限图

    根据实验条件，在实验材料上印制网格，成形后用工具显微镜测量变形网格的长短轴，绘制出成形极限图，见图1。

    成形极限图实验表明，在成形时，激光拼焊板由于焊缝较基板硬度高，焊缝处成形传递受阻，较快失稳、开裂，成形极限明显比基板低，主应变最小处（平面应变）为30％，而基板主应变最小处为44％。

    3.2 激光拼焊板零部件应变测量

    根据冲制的零部件形状特征，取四个变形较大区域进行应变测量，测量位置见图2 所示。测量结果见图3 所示。

    结果表明，该激光拼焊板零件变形方式主要为平面应变，每个区域最大变形量情况为：1 号为14％、2 号7％、3 号11％、4 号6％。

    从实验板冲制汽车零部件的应变分析可以看出，由于焊缝面积和整个冲压件相比非常小，因此在同一区域应变似乎变化不大，从应变合成图看（图4），实验板最大应变为14％。

    将基板、激光拼焊板的成形极限图和激光拼焊板冲压成的零件在焊缝处的应变结果移入同一座标，见图5，结果表明，激光拼焊板零件焊缝处最大危险主应变为14％，该应变路径下的最小极限应变拼焊板为30％，故拼焊板最小裕度Δemin＝16％。因此在焊缝区域激光拼焊板完全满足汽车零部件的成形要求。

    3.3 结论

    (1) 激光拼焊板由于焊缝的硬化，导致成形性能的下降。
    (2) 成形极限图和激光拼焊零件应变测量试验表明，激光焊缝处的应变安全裕度能够满足汽车零部件对冲压成形的要求。