前言高強(qiáng)鋼作為21世紀(jì)新一代鋼鐵材料，具有高強(qiáng)度和良好的塑韌性等力學(xué)性能，為現(xiàn)代制造業(yè)開(kāi)啟了新的發(fā)展空間。高強(qiáng)鋼已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)、煤機(jī)、橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、軍用機(jī)械裝備等。焊接接頭組織是影響焊縫接接頭性能的主要因素，高強(qiáng)鋼因化學(xué)成分和組織性能與其他鋼材不同，其焊接難點(diǎn)及焊后性能也不同于一般鋼材。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外在高強(qiáng)鋼焊接方面的研究成果進(jìn)行了歸納與總結(jié)，整體了解高強(qiáng)鋼焊接現(xiàn)狀及未來(lái)研究方向，利于今后高強(qiáng)鋼的研究及更廣泛的應(yīng)用。1.高強(qiáng)鋼的發(fā)展?fàn)顩r1.1高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)與發(fā)展低合金高強(qiáng)鋼于20世紀(jì)30年代開(kāi)始出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)是指通過(guò)添加少量的合金元素，使屈服強(qiáng)度達(dá)到280MPa以上的鋼種[1]。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，高強(qiáng)鋼的性能逐漸由初期單純的提高強(qiáng)度，逐漸向強(qiáng)度與成形性相平衡的階段發(fā)展。五十年代時(shí)人們逐漸認(rèn)識(shí)到細(xì)化晶粒對(duì)高強(qiáng)鋼屈服強(qiáng)度的有利影響，并發(fā)現(xiàn)在鋼中加入Nb、V等合金元素可以很好的達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。到了六十年代時(shí)，生產(chǎn)商通過(guò)在鋼中加入微量合金元素，控制終軋溫度和冷卻速度使低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度得到明顯升高。這種通過(guò)細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的高強(qiáng)鋼，在一定的強(qiáng)度水平下，降低了鋼的碳含量，增強(qiáng)了可焊性。雖然鋼的強(qiáng)度和韌性逐漸增加，焊接性得到改善，但高強(qiáng)鋼仍會(huì)出現(xiàn)沖壓件難以成形的問(wèn)題。到了七十年代初，為了解決高強(qiáng)鋼成形困難的問(wèn)題，人們開(kāi)發(fā)了具有良好成形性的雙相高強(qiáng)鋼，并改善了冷軋-退火生產(chǎn)工藝，使得雙相鋼很快在汽車(chē)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。而隨著汽車(chē)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各國(guó)鋼鐵企業(yè)先后開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了一系列的高性能鋼，并改善了工藝性能及深加工技術(shù)。例如韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司開(kāi)發(fā)了細(xì)晶粒的雙相鋼，并試制了高M(jìn)n的TWIP高強(qiáng)鋼，用于制作汽車(chē)后底板的前延伸部分[2]。日本的JFE公司已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了抗拉強(qiáng)度340MPa至980MPa及以上的各強(qiáng)度級(jí)別的高強(qiáng)鋼，廣泛用于汽車(chē)面板、車(chē)架、底盤(pán)件等[3]。瑞典SSAB公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的Docol雙相鋼系列冷軋薄板，力學(xué)性能更加均勻穩(wěn)定，可用于制作各類(lèi)高強(qiáng)度座椅骨架。國(guó)內(nèi)對(duì)高強(qiáng)度鋼也進(jìn)行了大量研究，上海寶鋼目前已可穩(wěn)定生產(chǎn)如高強(qiáng)度IF鋼、含P鋼和各向同性鋼等各類(lèi)普通高強(qiáng)鋼，以及雙相鋼、TRIP鋼、復(fù)相鋼等各類(lèi)先進(jìn)高強(qiáng)鋼[4]。1.2高強(qiáng)鋼的性能與分類(lèi)高強(qiáng)鋼是通過(guò)析出強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等強(qiáng)化機(jī)制獲得的有高強(qiáng)韌性，良好成形性和優(yōu)秀碰撞吸能性的鋼種[5]。不同的條件下高強(qiáng)鋼的分類(lèi)有所區(qū)別。根據(jù)屈服強(qiáng)度的不同，通常把屈服強(qiáng)度小于210MPa的鋼稱(chēng)為低強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度在210-550MPa之間的稱(chēng)為高強(qiáng)度鋼，屈服強(qiáng)度大于550MPa的稱(chēng)為超高強(qiáng)度鋼。根據(jù)強(qiáng)化機(jī)理的不同，高強(qiáng)鋼又可分為傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼（CHSS）和先進(jìn)高強(qiáng)（AHSS）。與先進(jìn)高強(qiáng)鋼相比，傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼屈服強(qiáng)度較低，約在200MPa-600MPa之間。其伸長(zhǎng)率較大，約為10%-45%。先進(jìn)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度較高，屈服強(qiáng)度一般高于400MPa，伸長(zhǎng)率在3%-30%之間。傳統(tǒng)的高強(qiáng)鋼多是通過(guò)固溶處理和晶粒細(xì)化達(dá)到強(qiáng)化效果的。目前常用的傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼為：高強(qiáng)度IF鋼(HSIF)、烘烤硬化（BH）鋼、冷軋各向同性(IS)鋼、冷軋高強(qiáng)度含P鋼和高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼。下面簡(jiǎn)單的介紹這幾種傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼的性能及特點(diǎn)。（1）高強(qiáng)度IF鋼(HSIF)IF鋼即無(wú)間隙原子鋼，是在超低碳鋼中加入Ti、Nb等元素，使鋼中的碳、氮原子完全固定成化合物，從而形成無(wú)間隙原子的IF鋼。IF鋼具有如下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性良好、工藝適應(yīng)性強(qiáng)、沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定、回彈小、生產(chǎn)率高且儲(chǔ)運(yùn)方便。而高強(qiáng)度IF鋼是IF鋼的一種，通過(guò)加入P和Mn等元素實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化，既有較高的強(qiáng)度，又有良好的成形性。（2）冷軋各向同性鋼(IS)冷軋各向同性鋼是通過(guò)合理而準(zhǔn)確地控制合金元素的含量，配以適當(dāng)?shù)陌宀能堉婆c退火工藝，而得到的各向同性鋼[6]。它是一種對(duì)塑性應(yīng)變比（r值）進(jìn)行限定的鋼。所謂各向同性是板材的r值趨向于0，從而在各向同性鋼深沖變形時(shí)達(dá)到各個(gè)方向變形趨于一致。由于這種鋼的各向同性，使其擁有較好的拉伸成形性，常用于制作汽車(chē)的外覆蓋件。（3）烘烤硬化鋼（BH）烘烤硬化鋼是通過(guò)固溶處理實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，因?yàn)殇撝杏泄倘茏饔玫腃和N，在沖壓時(shí)產(chǎn)生位錯(cuò)，在涂漆烘烤處理過(guò)程中，固溶C與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，使鋼板屈服強(qiáng)度上升，產(chǎn)生了時(shí)效硬化現(xiàn)象。這類(lèi)鋼的特點(diǎn)是沖壓成形前具有較低的屈服強(qiáng)度和較好的成形性，通過(guò)沖壓成形，產(chǎn)生應(yīng)變強(qiáng)化，隨后的油漆烘烤，產(chǎn)生烘烤硬化，從而得到?jīng)_壓成形性好、抗凹陷性高的效果[7]。（4）冷軋高強(qiáng)度含P鋼含P鋼是一種固溶強(qiáng)化的高強(qiáng)度鋼，含P鋼的成形性和焊接性良好，多用于汽車(chē)車(chē)身制造，其中抗拉強(qiáng)度在400MPa的含P鋼用量最多。含P鋼板的金相組織與08Al鋼較相似，采用含P鋼完全可以代替08Al類(lèi)材料沖制部分車(chē)身和車(chē)底板等零件，節(jié)約鋼材10%以上，成形、焊接、涂裝等工藝性能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，濟(jì)效益十分明顯[8]。(5)高強(qiáng)度低合金鋼（HSLA）高強(qiáng)度低合金鋼是一種低含碳量、高屈強(qiáng)比、焊接性能優(yōu)良的工程結(jié)構(gòu)用鋼。其含碳量一般低于0.25%，合金元素含量低于5%，通過(guò)添加Nb、V、Ti等合金元素進(jìn)行強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度一般可達(dá)500MPa以上。HSLA鋼不僅擁有較好的塑性、韌性，較低的時(shí)效敏感性，而且其加工性能好，能耐大氣、海水腐蝕，常用于工程機(jī)械及船舶結(jié)構(gòu)制造[9]。先進(jìn)高強(qiáng)鋼主要是通過(guò)相變進(jìn)行強(qiáng)化的鋼種，其強(qiáng)度級(jí)別高于傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼,且擁有較低的屈強(qiáng)比和良好的碰撞吸能性。此外，先進(jìn)高強(qiáng)鋼力學(xué)性能穩(wěn)定、疲勞壽命高且沖壓成形性良好，應(yīng)用前景十分廣闊。常用的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼主要有復(fù)相（CP）鋼、雙相（DP）鋼、相變誘發(fā)塑性（TRIP）鋼和孿生誘發(fā)塑性（TWIP）鋼等幾種。①相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP）：相變誘發(fā)塑性鋼是一種利用殘余奧氏體應(yīng)變誘發(fā)相變、相變誘導(dǎo)塑性機(jī)制而研制的具有高強(qiáng)度、高延展性的鋼種[10]。TRIP鋼主要含有碳、錳、硅、鋁、鈮、鉬等元素，其中碳主要富集在殘余奧氏體中，以增加殘余奧氏體數(shù)量，提高鋼的穩(wěn)定性及強(qiáng)度[11]。微合金元素鈮的加入可有效控制TRIP鋼的奧氏體化及應(yīng)變過(guò)程中的各種相變，使奧氏體向鐵素體和貝氏體中的轉(zhuǎn)變，獲得高的殘余奧氏體的體積分?jǐn)?shù)及穩(wěn)定性，以提TRIP鋼的各項(xiàng)力學(xué)性能。②復(fù)相鋼（CP）：復(fù)相鋼主要是一種由鐵素體、馬氏體和貝氏體組成，利用微合金元素的細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化的作用而形成的高強(qiáng)韌性、高疲勞性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼[12]。復(fù)相鋼中添加鈮等合金元素可形成細(xì)小的碳化物以沉淀相析出，提高鋼的強(qiáng)度。合理的合金元素及合適的淬透性使復(fù)相鋼在保證好的強(qiáng)度及韌性的條件下具有更好的能量吸收能力。③孿生誘發(fā)塑性鋼（TWIP）：孿生誘發(fā)塑性鋼是利用變形時(shí)產(chǎn)生孿晶誘發(fā)塑性而得到高強(qiáng)韌性、高延展性的汽車(chē)結(jié)構(gòu)用鋼。TWIP鋼是Grassal等人在研究Fe-Mn-Si-Al系TRIP鋼時(shí)發(fā)現(xiàn)的，并提出孿晶誘發(fā)塑性的概念[13]。TWIP鋼一般含錳、硅、鋁以及微量的鎳、釩、鉬等元素。TWIP鋼中錳含量約為15%-30%，其具有很強(qiáng)的促進(jìn)奧氏體化的作用，可以很好的加強(qiáng)TWIP效應(yīng)，一般錳含量越高，TWIP鋼塑性越好。鋁元素亦可促進(jìn)鋼的奧氏體化，但易氧化不利于鋼的澆注，故含量不會(huì)太高約在2%-4%之間。TWIP鋼中硅元素固溶于奧氏體，有利于提高鋼的強(qiáng)度，但硅會(huì)抑制TWIP效應(yīng)，并影響鋼的表面質(zhì)量。一般TWIP鋼中硅含量較低，在2%-4%左右。④雙相鋼（DP）雙相鋼的組織為鐵素體和馬氏體雙相組織，是一種強(qiáng)度高、韌性好、應(yīng)變硬化性強(qiáng)且成形性好的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼。其一般是由低碳鋼或者低合金鋼熱處理或控冷控軋后得到[1]。雙相鋼主要分為熱軋雙相鋼和冷軋雙相鋼兩種。熱軋雙相鋼是在臨界區(qū)軋制，通過(guò)控制終軋溫度和壓下量，急冷后進(jìn)行盤(pán)卷得到；冷軋雙相鋼主要通過(guò)退火后的高速快冷獲得雙相組織[14]。雙相鋼化學(xué)成分中主要有C、Si、Mn等合金元素，同時(shí)添加Nb等合金元素來(lái)細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，提高抗拉強(qiáng)度。合金元素對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)的雙相鋼強(qiáng)化效果更好。由于近年來(lái)生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，冷軋和熱軋雙相鋼的性能更加穩(wěn)定，生產(chǎn)制造也變得更加容易，這些都促使了雙相鋼的廣泛應(yīng)用。1.3高強(qiáng)鋼的應(yīng)用前景高強(qiáng)鋼具有高的強(qiáng)韌性，優(yōu)良的成形性及焊接性，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、建筑、航天、船舶等工業(yè)。如高強(qiáng)度IF鋼具有良好的變形性及低的屈服極限，常代替軟鋼用作汽車(chē)外板，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)構(gòu)件減重、減薄。冷軋各向同性鋼沖壓成形性和抗凹陷性良好，常被用于生產(chǎn)汽車(chē)車(chē)身外板。高強(qiáng)度低合金鋼作為一種高效能材料，成本較低且性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于油氣輸送管線、機(jī)械構(gòu)件和汽車(chē)鋼板的生產(chǎn)。TRIP鋼強(qiáng)度高，成形性及變形性能良好，成形零件抗沖撞吸收能力強(qiáng)，抗沖擊凹陷性好，多用來(lái)制作汽車(chē)車(chē)門(mén)沖擊梁、防護(hù)桿、車(chē)輪輪轂、汽車(chē)擋板、底盤(pán)部件等部件。復(fù)相鋼主要應(yīng)用于汽車(chē)高強(qiáng)度防撞擊部件上，如保險(xiǎn)杠、防撞桿和B柱等安全零件。馬氏體時(shí)效鋼強(qiáng)度很高，主要用于航空、船舶等工業(yè)中的重要結(jié)構(gòu)件。雙相鋼強(qiáng)度高、碰撞吸收能力強(qiáng)、沖壓性良好，目前可已廣泛應(yīng)用于如車(chē)身內(nèi)外板、保險(xiǎn)杠、防撞梁等汽車(chē)部件。高強(qiáng)鋼用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)制造，在減輕自重、節(jié)能減排、提高安全性等方面展現(xiàn)了廣闊的前景。高強(qiáng)鋼尤其是先進(jìn)高強(qiáng)鋼已成為汽車(chē)輕量化用鋼的發(fā)展趨勢(shì)。與其他輕量化材料相比，高強(qiáng)鋼具有鋼材的成形性好、回收利用率高、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì)。鑒于高強(qiáng)鋼在汽車(chē)部件應(yīng)用上的良好效果，促使高強(qiáng)鋼重新取代了部分鋁合金、鎂合金及復(fù)合材料成為一些汽車(chē)零件的加工材料。隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展，高強(qiáng)鋼將會(huì)向強(qiáng)度更高，強(qiáng)度和延性配合度更好，成形加工性能更優(yōu)良，制造生產(chǎn)成本更低的方向發(fā)展。同時(shí)為了節(jié)約成本、增加安全性，高強(qiáng)鋼車(chē)身制造中將會(huì)應(yīng)用更多的激光拼焊板成形技術(shù)。該技術(shù)可更好地使材料的性能與結(jié)構(gòu)相匹配，提高生產(chǎn)效率。除此之外，擁有良好防腐性能的可鍍層高強(qiáng)鋼板將會(huì)應(yīng)用更加廣泛，與之相關(guān)的生產(chǎn)和加工新技術(shù)也會(huì)成為高強(qiáng)鋼研究的方向。2.高強(qiáng)鋼焊接研究現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)外用于高強(qiáng)鋼的焊接方法有很多，包括激光焊接、攪拌摩擦焊、閃光對(duì)焊、TIG焊、MAG焊、電阻點(diǎn)焊等。下文主要從激光焊接、電阻點(diǎn)焊、氣體保護(hù)焊三方面簡(jiǎn)單介紹高強(qiáng)鋼焊接的研究現(xiàn)狀。2.1激光焊接激光焊接技術(shù)是一種以激光束作為熱源通過(guò)激光與工件的相互作用，工件吸收激光能量轉(zhuǎn)化為熱能而熔化形成永久性連接的高效連接方法。相比于其他常用的焊接方法，激光焊的特點(diǎn)是能量密度高、效率高、熱輸入量小、適應(yīng)性強(qiáng)、工件變形小且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其焊件質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)焊接。隨著激光技術(shù)的發(fā)展成熟，激光焊接在航空航天、船舶工業(yè)、機(jī)械制造、輕工電子、汽車(chē)生產(chǎn)等領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛。高強(qiáng)鋼激光焊接的特點(diǎn)是能量密度高、熱輸入小、加熱冷卻速度快，可促使晶粒細(xì)化，減小工件變形，但仍然存在焊縫凝固裂紋、HAZ裂紋和軟化等問(wèn)題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高強(qiáng)度鋼激光焊接應(yīng)用的做了大量的探索研究，對(duì)高強(qiáng)鋼激光焊接性有了一定的認(rèn)識(shí)。于群等人對(duì)1.2mm的雙相鋼DP780進(jìn)行激光焊對(duì)接和搭接試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整參數(shù)研究焊縫組織和性能特點(diǎn)[15]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)存在軟化現(xiàn)象，不過(guò)軟化區(qū)較窄，對(duì)拉伸性能影響不大。提高焊接速度可增加焊縫馬氏體含量，硬度增加，接頭成形能力降低。搭接試驗(yàn)時(shí)焊接速度增加，接頭剪切強(qiáng)度提高，剪切斷口為脆性斷裂。在研究高強(qiáng)度雙相鋼DP980激光焊接頭的拉伸性能及疲勞性能[16]的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)熔核區(qū)組織主要由馬氏體組成，熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)回火馬氏體組織。相同的激光焊接條件下，DP980鋼接頭熔核區(qū)硬度（450HV）高于HSLA鋼（360HV），而DP980鋼熱影響區(qū)硬度下降更明顯。焊接后DP980鋼接頭拉伸性能良好，但韌性略有下降。應(yīng)力水平高于250MPa時(shí)，DP980鋼接頭比HSLA鋼疲勞壽命更長(zhǎng)。2.2氣體保護(hù)焊一些國(guó)外學(xué)者研究了保護(hù)氣體和填充焊絲對(duì)HSLA鋼接頭組織和性能的影響[17]。試驗(yàn)是在不同的保護(hù)氣體下分別用直徑為1.2mm的實(shí)芯焊絲(ER70S-6)和藥芯焊絲(E71T-1M)對(duì)20mm厚的HSLA鋼進(jìn)行焊接。試件坡口為60°V型坡口，焊接時(shí)保持150°層間溫度。焊后對(duì)接頭進(jìn)行拉伸和沖擊試驗(yàn)，并觀察接頭組織和硬度變化，分析接頭組織的化學(xué)組成。試驗(yàn)結(jié)果表明，在合適的保護(hù)氣體和填充焊絲的條件下，可以得到性能良好的HSLA鋼的熔化極氣體保護(hù)焊接頭。在不同保護(hù)氣體下，HSLA鋼焊縫金屬的合金元素組成并沒(méi)有發(fā)生明顯變化，而微觀組織中針狀鐵素體則會(huì)受到氣體中二氧化碳和氧含量的影響。當(dāng)保護(hù)氣體中氧含量的逐漸增加到4%時(shí)，實(shí)芯焊絲的HSLA鋼接頭屈服強(qiáng)度和最大抗拉強(qiáng)度隨之增大，延伸率基本保持不變；當(dāng)氧含量繼續(xù)增加時(shí)，最大抗拉強(qiáng)度和延伸率都隨之減小。而藥芯焊絲的接頭的屈服強(qiáng)度和最大抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著氣體中氧含量的增多而減小，延伸率則基本保持不變。章友誼等人對(duì)SSAB公司生產(chǎn)的Domex700MC高強(qiáng)鋼進(jìn)行CO2氣體保護(hù)焊試驗(yàn)，分別采用實(shí)心焊絲ER50和藥芯焊絲E91TI-B兩種焊絲進(jìn)行焊接，并對(duì)焊后接頭的組織和力學(xué)性能進(jìn)行研究[18]。試驗(yàn)結(jié)果表明，藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊接頭組織和性能更好，抗拉強(qiáng)度達(dá)到620MPa以上。兩種焊接接頭的沖擊吸收功均低于母材，焊縫區(qū)和熱影響區(qū)硬度高于母材區(qū)。2.3電阻點(diǎn)焊電阻點(diǎn)焊是在電極力的作用下，利用通電時(shí)產(chǎn)生的電阻熱，將搭接母材熔化而形成永久性連接的方法。其焊接過(guò)程短、生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)。高強(qiáng)鋼合金元素復(fù)雜，點(diǎn)焊工藝不當(dāng)時(shí)易出現(xiàn)淬硬組織，使用時(shí)容易產(chǎn)生結(jié)合面斷裂。同時(shí)因其強(qiáng)度較高，點(diǎn)焊時(shí)需要較大的電極壓力，造成電極頭磨損嚴(yán)重，縮短電極壽命。相比于低碳鋼，高強(qiáng)鋼更易產(chǎn)生飛濺，工藝窗口較窄。隨著高強(qiáng)鋼應(yīng)用的日趨廣泛，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高強(qiáng)鋼的點(diǎn)焊性能進(jìn)行了大量的研究，主要包括高強(qiáng)鋼微觀組織及性能分析、點(diǎn)焊接頭斷裂模式分析等方面。S.Brauser等人針對(duì)汽車(chē)用高強(qiáng)度TRIP鋼（HCT690T）和微合金鋼（HX340LAD）異種材料點(diǎn)焊接頭的力學(xué)性能及形變行為作了深入的分析[19]。試驗(yàn)分別對(duì)同種材料和異種材料進(jìn)行點(diǎn)焊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)焊接頭拉剪力大小與母材的強(qiáng)度無(wú)線性關(guān)系，正面和背面的伸長(zhǎng)率無(wú)顯著差別。異種材料點(diǎn)焊時(shí)，相比于同種材料局部應(yīng)力減少約20%。電子衍射結(jié)果顯示HCT690T接頭斷裂處組織中奧氏體有所減少，同時(shí)測(cè)得其HAZ硬度有所增加，這促使TRIP鋼接頭應(yīng)力水平低于母材。王敏、吳毅雄等人研究了母材成分對(duì)DP590鋼點(diǎn)焊接頭性能的影響[20]。通過(guò)對(duì)化學(xué)成分不同的DP590A和DP590B雙相鋼進(jìn)行點(diǎn)焊對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)碳含量高DP590B的點(diǎn)焊接頭韌性較差。這是由于點(diǎn)焊熔核急速冷卻的不平衡條件下，形成了孿晶馬氏體亞結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致接頭韌性的降低。3.高強(qiáng)鋼焊接工藝近年來(lái)隨著高強(qiáng)鋼的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)高強(qiáng)鋼的焊接工藝做了大量的研究。婁宇航等研究了690MPa級(jí)低合金高強(qiáng)鋼的焊接性，分別采用手工電弧焊和埋弧焊進(jìn)行焊接，焊前進(jìn)行80℃預(yù)熱處理，設(shè)計(jì)不同的坡口角度和根部間隙，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，得到了完全符合各種性能要求的焊接接頭。采用CO2激光填絲焊和激光-MIG復(fù)合焊工藝對(duì)12mm厚的船用鋼10CrNiMnMoV進(jìn)行了焊接性研究，得出激光填絲焊的焊接變形較小，焊縫成形性好。尹杰[21]利用雙光束熱絲多層焊對(duì)高強(qiáng)鋼焊接進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了適合于厚板的雙光束熱絲多層焊的窄間隙坡口尺寸，實(shí)現(xiàn)16mm厚的11CrNi3MnMoV低合金高強(qiáng)鋼的可靠連接，消除了未融合和氣孔缺陷。隨著各國(guó)對(duì)工程機(jī)械件要求的提高以及材料加工技術(shù)的快速發(fā)展，超高，強(qiáng)度鋼得到廣泛應(yīng)用。李亞江等[22]利用Ar+CO2混合氣體保護(hù)焊對(duì)超高強(qiáng)度鋼HQ130做了焊接試驗(yàn)，通過(guò)掃描電鏡、透射電鏡和電子衍射技術(shù)研究了工藝參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)域(HAZ)韌性的影響，得出當(dāng)熱輸入E在9.2～26.4kJ/cm變化時(shí)，隨E的增加，鋼HAZ的沖擊韌性逐漸降低；當(dāng)E＜20kJ/cm時(shí)，在HAZ可以獲得較好的韌性，所以要想獲得具有良好韌性的接頭就必須將E控制在20kJ/cm以下。在用四絲埋弧焊焊接20mm厚的HSLA80鋼的試驗(yàn)中，結(jié)果表明:：在不降低接頭質(zhì)量的條件下，提高焊接速度和電流密度可以增加熔敷率；隨著熱輸入的增加，粗大的柱狀晶含量增加，針狀鐵素體的含量降低。4.高強(qiáng)鋼焊接接頭組織與性能研究4.1焊接接頭組織分析對(duì)于熔焊來(lái)說(shuō)，焊縫金屬是指由填充金屬和一部分熔化的母材在熔池中凝固而形成，主要經(jīng)歷加熱熔化、凝固結(jié)晶和固態(tài)相變等階段[23]。而一般來(lái)說(shuō)，焊縫金屬組織主要由母材和焊材的原始組織以及化學(xué)成分、焊接工藝等因素所決定。低合金高強(qiáng)鋼中常見(jiàn)的焊縫顯微組織主要有針狀鐵素體、先共析鐵素體、側(cè)板條狀鐵素體以及少量的粒狀貝氏體、馬氏體和M-A島狀組織等。由于受熱狀態(tài)不同，可以將焊縫區(qū)組織分成3個(gè)區(qū)域：原始焊縫組織，為貝氏體、針狀鐵素體和少量的低碳馬氏體；二次重熔組織，為粒狀貝氏體和針狀鐵素體組織；經(jīng)歷熱處理后的焊縫組織，為貝氏體正火組織、貝氏體回火組織，以及大量相互平行的鐵素體束。婁宇航等采用手工電弧焊及埋弧焊兩種焊接方法焊接HSLA100鋼，結(jié)果顯示：兩種焊接方法所得的焊縫組織主要為板條狀貝氏體和少量針狀鐵素體。在焊接過(guò)程中，由于熱影響區(qū)不同部位所經(jīng)歷的熱循環(huán)以及焊后的冷卻速度不同，使得熱影響區(qū)的組織及力學(xué)性能不均勻，這種不均勻性對(duì)高強(qiáng)鋼的力學(xué)性能影響尤為明顯。國(guó)外學(xué)者研究了高強(qiáng)鋼多層多道焊的熱影響區(qū)，結(jié)果將熱影響區(qū)分為6個(gè)部分，粗晶區(qū)、細(xì)晶區(qū)、臨界熱影響區(qū)、亞臨界熱影響區(qū)、臨界重熔粗晶區(qū)和亞臨界重熔粗晶區(qū)。在臨界熱影響區(qū)和臨界重熔粗晶區(qū)都觀察到M-A島狀組織，粗晶區(qū)主要包括粗大的上貝氏體、微合金析出物和M-A島狀組織，晶粒尺寸為75～150μm；臨界重熔粗晶區(qū)主要組織為粗大的鐵素體、細(xì)小的微合金析出物和M-A島狀組織，晶粒大小為20μm。研究結(jié)果表明：影響M-A島狀組織形成的主要因素是奧氏體的淬透性，并指出大量的Si含量以及鐵素體基體中固溶的釩(V)是提高淬透性及M-A組織形成的主要因素。在焊接接頭中，焊縫與熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)域稱(chēng)為熔合區(qū)。與其他特征區(qū)相比，熔合區(qū)的沖擊韌性值最低而硬度最高，是接頭的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，這主要是由于熔合區(qū)主要由鑄造組織以及晶界相組成，掃描電鏡結(jié)果顯示熔合區(qū)組織主要為針狀鐵素體和晶界相(先共析鐵素體以及魏氏鐵素體)。有的研究說(shuō)明在熔合區(qū)邊緣部分熔化的母材是柱狀晶形核的核心；而有的研究結(jié)果表明：熔合區(qū)柱狀晶晶粒大小主要由熔合區(qū)邊界部分熔化區(qū)的晶粒尺寸決定。4.2焊接接頭力學(xué)性能分析在對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能分析中，一般采用拉伸、彎曲、沖擊以及硬度測(cè)試等段。對(duì)于高強(qiáng)鋼而言，由于在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)會(huì)形成M-A島狀組織而使得其強(qiáng)度和硬度值較高，但沖擊韌性下降，脆性增加。日本學(xué)者研究了一種通過(guò)控制焊縫中B元素的擴(kuò)散來(lái)提高高強(qiáng)鋼在高熱輸入條件下熱影響區(qū)韌性的方法[24]。該方法主要是通過(guò)提高焊縫金屬中B元素的含量，然后通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)而提高熱影響區(qū)中B元素的含量，再通過(guò)B元素來(lái)抑制熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大從而提高熱影響區(qū)的韌性。在對(duì)臨界再熱粗晶區(qū)組織及力學(xué)性能的研究試驗(yàn)中，結(jié)果表明：影響該區(qū)域沖擊韌性的主要因素是M-A島狀組織的形態(tài)而不是其數(shù)量。5.結(jié)語(yǔ)對(duì)于高強(qiáng)鋼焊接接頭組織復(fù)雜，熱影響區(qū)易于形成組織粗大等問(wèn)題，如何改善或控制高強(qiáng)鋼焊接接頭的組織與性能仍是重點(diǎn)與難點(diǎn)。高強(qiáng)鋼的熔合區(qū)與粗晶區(qū)是焊接接頭性能最薄弱環(huán)節(jié)，其韌性往往低于母材，并具有明顯的脆性?xún)A向，如何提高該區(qū)域的綜合性能是今后高強(qiáng)鋼焊接研究的一個(gè)重點(diǎn)方向。參考文獻(xiàn)[1]馬鳴圖,吳寶榕.雙相鋼-物理和化學(xué)冶金[M].北京冶金工業(yè)出版社,2009:1.[2]OhjoonKwon,SuengChulBaik.ManufactureandApplicationofAdvancedHighStrengthSteelSheetsforAutoPartsManufacture[J].IronandSteel,2005,40(11):64-68.[3]HiroshiTakechi.RecentProgressinHighStrengthSteelforAtuomobileinJapan[J].IronandSteel,2005,40(11):58-63.[4]王利,楊雄飛,陸匠心.汽車(chē)輕量化與高強(qiáng)度鋼板的合理選用[J].中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)第十五屆年會(huì)論文集,2006:55-64.[5]甄舒.B340/590DP高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊接頭組織與力學(xué)性能的研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)碩士論文,2010.[6]ZimnikW,FreierK,HussySandBungeHJ.FactorsInfluencingPlanarAnisotropyofBatch-annealedColdStrip[J].Mater.Tech,1993,64(8):420-424.[7]姚貴升.采用BH鋼提高汽車(chē)外表面零件的抗凹陷性[J].寶鋼技術(shù),2000(4):1-7.[8]馬鳴圖.先進(jìn)汽車(chē)用鋼[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007:1.[9]崔昆主編.鋼鐵材料及有色金屬材料[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981:37.[10]DebanshuBhattacharya.DevelopmentsinAdvancedHighStrengthSteel[J].IronandSteelSupplemet,2005,40:69-75.[11]HanzakiAZHodgsonPDYueS.TheInfluenceofBainiteonRetainedAusteniteCharacteristicsinSi-MnTRIPSteels[J].ISUInternational,1995,35(1):79.[12]InternationalIronandSteelInstituteCommitteeOnAutomotiveApplication.AdvancedHighStrengthSteel(AHSS)ApplicationGuidelines[J].InternationalIronandSteelInstitute,2005(9):6-13.[13]G.Frommeyer,U.Brux,P.Neumann.Supra-ductileandhigh-strengthmanganeseTRIP/TWIPsteelsforhighenergyabsorptionpurposes[J].ISIJInt,2003,43:438.[14]蔣俊華1000MPa超高強(qiáng)雙相鋼水淬及回火工藝研究[D].上海:上海交通大學(xué)碩士論文,2007.[15]于群.車(chē)用雙相鋼DP780的激光焊接接頭組織性能研究[D].北京:北京工業(yè)大學(xué)碩士論文,2010.[16]W.Xu,D.L.Chen.Tensileandfatiguepropertiesof?berlaserweldedhighstrengthlowalloyandDP980dual-phasesteeljoints[J].MaterialsandDesign,2013(43):373–383.[17]S.Mukhopadhyay.EffectofshieldinggasmixtureongasmetalarcweldingofHSLAsteelusingsolidand?ux-coredwires[J],IntJAdvManufTechnol(2006)29:262–268.[18]章友誼.Domex700Mc低合金高強(qiáng)鋼CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝及焊接接頭性能研究[D].西華大學(xué)碩士論文,2007.[19]S.Brauser.Deformationbehaviorofspot-weldedhighstrengthsteelsforautomotiveapplications[J].MaterialsScienceandEngineering,2010(557):7099–7108.[20]王敏,吳毅雄,潘華,等.母材成分對(duì)DP590鋼電阻點(diǎn)焊接頭性能的影響[J].焊接學(xué)報(bào),2010,2(31):33-35.[21]尹杰.高強(qiáng)鋼雙光束熱絲多層焊工藝及接頭組織性能研究哈爾濱[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.[22]李亞江,鄒增大,陳祝年,等.HQ130高強(qiáng)鋼熱影響區(qū)組織及韌性[J].焊接學(xué)報(bào),1997,18(1):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