長三角G60雷射聯盟導讀
土耳其卡拉布克大學、古姆沙内大學、卡拉德尼茲技術大學及Coşkunöz模具機械研發中心的研究人員報道了在電阻點焊中通過區域快速冷卻優化先進的高強度鋼接頭的研究。相關研究成果以“Optimizing Advanced High-Strength Steel Joints via Regional Rapid Cooling in Resistance Spot Welding”為題發表在《steel research international》上。
在電阻點焊（RSW）過程中，熱循環會導緻馬氏體鋼熱影響區的微觀結構分化，進而産生内應力。在這種情況下，科研人員開發了一種新的創新方法，以盡量減少焊接區域非均勻硬度變化對接頭耐久性的不利影響。該方法采用了基于區域快速冷卻(RRC)工藝的獨特原型裝置，該裝置內建在焊接機中，在焊接過程中與焊接機同步運作。通過這種設定，目的是有效控制焊接區域的微觀結構和硬度值。這種創新方法旨在優化焊接過程中的材料性能，進而為焊接技術領域帶來潛在的改進。根據微觀結構結果，RRC工藝将熱影響區縮小至1.27mm，硬度值提高了9.2%，拉伸剪切強度提高了3%，橫向拉伸強度提高了9%，根據疲勞強度結果，所有試樣在承受0.3kN的力時均未發生斷裂。
圖 1：工藝中的RRC系統構思和工藝步驟。
圖 2：為快速冷卻熱影響區而設計的電極和測試夾具的3D視圖。
圖 3：制造的夾具和與焊接機的比對。
圖 4：疲勞測試夾具：a) 設計和 b) 測試裝置。
圖 5：WRRC試樣的宏觀/微觀結構圖像：a) 焊接金屬；b,c) DP600的熱影響區；d) 細晶熱影響區；e)母材；f) UCHAZ；g) 細晶熱影響區；h)SCHAZ；i)母材。
圖 6：RRC試樣的宏觀/微觀結構圖像，a) 焊接金屬，b,c) DP600 的熱影響區，d) 細晶熱影響區，e) 母材，f) UCHAZ，g) 細晶熱影響區，h) SCHAZ，以及 i) 母材。
圖 7：通過 a) WRRC 和 b) RRC 獲得的試樣硬度值。
圖 8：a) WRRC 和 b) RRC 焊接區的硬度圖。
圖 9：拉伸剪切試驗結果，a) WRRC，b) RRC，c) WRRC-RRC 平均值。
圖 10：拉伸剪切測試後的破裂圖像，a) RRC，b) WRRC，c) RRC。
圖 11：拉伸剪切破壞模式的 SEM 圖像，a) WRRC 和 b) RRC。
圖 12：交叉拉伸試驗結果，a) WRRC，b) RRC，c) WRRCC + RCC 平均值。
圖 13：交叉拉伸試驗後焊接樣品的破裂形式，a,b) WRRC 和 c) RRC。
圖 14：疲勞測試結果（RRC 和WRRC）。
圖 15：破裂表面的 SEM 圖像（WRRC和 RRC）。
本研究針對熱成型22MnB5點電阻焊接中的關鍵薄弱環節--回火亞臨界熱影響區，開發了一種創新工藝，旨在提高22MnB5和DP600材料的接頭耐久性。所設計的方法通過提高焊縫周圍薄弱環節的硬度，明顯改善了材料的性能。研究結果如下：
1）對焊接試樣的電極浸入深度進行測量後發現，沒有一個焊點低于标準規定的焊後截面厚度的30%。
2)在對焊接試樣進行宏觀檢查時，未在焊芯及其附近發現可能影響焊接品質的熔合缺陷（氣孔、空洞、裂紋等）。
3)在對所有試樣的橫截面進行宏觀和微觀結構檢查時，發現熔化區具有完全的馬氏體微觀結構。由于它們的電阻和化學成分不同，與DP600鋼相比，22MnB5鋼對形成焊縫金屬的焊芯混合物的作用更大。
4)在焊接操作中加入RRC工藝後，回火軟化熱影響區略有變窄，這種變窄對連接配接的靜态承載能力産生了積極影響。
5)硬度圖顯示,在WRRC系列中,22MnB5的回火軟化熱影響區平均寬度為1.48mm，而在RRC系列中，該區域的寬度平均減小到1.27mm。
6)在評估用交流電生産的試樣的拉伸剪切試驗結果時，發現RRC操作性能要高出3%。
7)在比較試樣的交叉拉伸強度後發現，RRC系列的強度比WRRC系列高9%。
8)在拉伸-剪切和交叉拉伸試驗中，所有試樣的斷裂模式均以扣合形式出現，所有試樣的分離均發生在焊芯和22MnB5 HAZ之間。
9)在疲勞試驗中，所有試樣在0.3kN的載荷值下都超過了106次疲勞循環的極限值。此外，還發現在相同的載荷值下，RRC工藝的循環次數較低。
論文連結：
https://doi.org/10.1002/srin.202400232
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