长三角G60激光联盟导读
土耳其卡拉布克大学、古姆沙内大学、卡拉德尼兹技术大学及Coşkunöz模具机械研发中心的研究人员报道了在电阻点焊中通过区域快速冷却优化先进的高强度钢接头的研究。相关研究成果以“Optimizing Advanced High-Strength Steel Joints via Regional Rapid Cooling in Resistance Spot Welding”为题发表在《steel research international》上。
在电阻点焊（RSW）过程中，热循环会导致马氏体钢热影响区的微观结构分化，从而产生内应力。在这种情况下，科研人员开发了一种新的创新方法，以尽量减少焊接区域非均匀硬度变化对接头耐久性的不利影响。该方法采用了基于区域快速冷却(RRC)工艺的独特原型装置，该装置集成在焊接机中，在焊接过程中与焊接机同步运行。通过这种设置，目的是有效控制焊接区域的微观结构和硬度值。这种创新方法旨在优化焊接过程中的材料性能，从而为焊接技术领域带来潜在的改进。根据微观结构结果，RRC工艺将热影响区缩小至1.27mm，硬度值提高了9.2%，拉伸剪切强度提高了3%，横向拉伸强度提高了9%，根据疲劳强度结果，所有试样在承受0.3kN的力时均未发生断裂。
图 1：工艺中的RRC系统构思和工艺步骤。
图 2：为快速冷却热影响区而设计的电极和测试夹具的3D视图。
图 3：制造的夹具和与焊接机的匹配。
图 4：疲劳测试夹具：a) 设计和 b) 测试设备。
图 5：WRRC试样的宏观/微观结构图像：a) 焊接金属；b,c) DP600的热影响区；d) 细晶热影响区；e)母材；f) UCHAZ；g) 细晶热影响区；h)SCHAZ；i)母材。
图 6：RRC试样的宏观/微观结构图像，a) 焊接金属，b,c) DP600 的热影响区，d) 细晶热影响区，e) 母材，f) UCHAZ，g) 细晶热影响区，h) SCHAZ，以及 i) 母材。
图 7：通过 a) WRRC 和 b) RRC 获得的试样硬度值。
图 8：a) WRRC 和 b) RRC 焊接区的硬度图。
图 9：拉伸剪切试验结果，a) WRRC，b) RRC，c) WRRC-RRC 平均值。
图 10：拉伸剪切测试后的破裂图像，a) RRC，b) WRRC，c) RRC。
图 11：拉伸剪切破坏模式的 SEM 图像，a) WRRC 和 b) RRC。
图 12：交叉拉伸试验结果，a) WRRC，b) RRC，c) WRRCC + RCC 平均值。
图 13：交叉拉伸试验后焊接样品的破裂形式，a,b) WRRC 和 c) RRC。
图 14：疲劳测试结果（RRC 和WRRC）。
图 15：破裂表面的 SEM 图像（WRRC和 RRC）。
本研究针对热成型22MnB5点电阻焊接中的关键薄弱环节--回火亚临界热影响区，开发了一种创新工艺，旨在提高22MnB5和DP600材料的接头耐久性。所设计的方法通过提高焊缝周围薄弱环节的硬度，明显改善了材料的性能。研究结果如下：
1）对焊接试样的电极浸入深度进行测量后发现，没有一个焊点低于标准规定的焊后截面厚度的30%。
2)在对焊接试样进行宏观检查时，未在焊芯及其附近发现可能影响焊接质量的熔合缺陷（气孔、空洞、裂纹等）。
3)在对所有试样的横截面进行宏观和微观结构检查时，发现熔化区具有完全的马氏体微观结构。由于它们的电阻和化学成分不同，与DP600钢相比，22MnB5钢对形成焊缝金属的焊芯混合物的作用更大。
4)在焊接操作中加入RRC工艺后，回火软化热影响区略有变窄，这种变窄对连接的静态承载能力产生了积极影响。
5)硬度图显示,在WRRC系列中,22MnB5的回火软化热影响区平均宽度为1.48mm，而在RRC系列中，该区域的宽度平均减小到1.27mm。
6)在评估用交流电生产的试样的拉伸剪切试验结果时，发现RRC操作性能要高出3%。
7)在比较试样的交叉拉伸强度后发现，RRC系列的强度比WRRC系列高9%。
8)在拉伸-剪切和交叉拉伸试验中，所有试样的断裂模式均以扣合形式出现，所有试样的分离均发生在焊芯和22MnB5 HAZ之间。
9)在疲劳试验中，所有试样在0.3kN的载荷值下都超过了106次疲劳循环的极限值。此外，还发现在相同的载荷值下，RRC工艺的循环次数较低。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/srin.202400232
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