de Lima新型激光焊接技术 扩大高强度钢合金在汽车行业中的使用

巴西的一名研究人员开发了一种创新的激光焊接方法，这种方法可以扩大高级高强度钢(AHS)在汽车和航天工业中的应用。

近年来，由于旅客的安全、车辆性能和燃油经济性要求越来越高，汽车行业对高性能合金的需求有所增加。高强度钢被用于汽车车身结构的关键安全位置，以吸收冲击的能量。

然而，一些高强度合金由于焊接而变得易变脆，并且在许多制造工艺需要的热冲压和成形过程中可能会断裂。这一问题使得在汽车工业和航空航天等其他行业都不可能使用高级高强度钢。

为了解决这一问题，de Lima开发了一种创新的高温激光焊接方法，适用于航空航天应用。de Lima是美国科罗拉多矿业学院的一名访问学者，在圣保罗研究基金会(FAPESP)的支持下，他获得了这一成果，现在已经在《焊接杂志》上发表了。

de Lima开发的这项技术是由22MnB5钢片的感应加热，在激光焊接前10分钟达到大约450摄氏度，使温度达到平衡。22MnB5用于汽车结构和安全部件，与传统的冷成型相比，机械强度非常高，可以节省30%到50%的重量。

这些钢片在焊接后的10分钟内保持高温，以产生一个贝氏体结构。冶金学家们已经发现，贝氏体是制造坚固可靠的焊接接头的最佳候选材料。贝氏体是在一定条件下形成钢的一种板状显微结构，特别是，它显示了高的产量和抗拉强度。

分析表明，在这种高温下焊接的薄板比在常温下焊接的薄板要坚硬得多，其中含有马氏体，这是一种比贝氏体屈服强度和抗拉强度弱的微组分。

压力测试还显示了在高温下焊接薄板的弹性。

在具体的研究结果中，被用作基准的焊接室温(AT20)焊点是一个由原生奥氏体树突组成的微观结构，其在冷却过程中转化为马氏体，并在枝晶间形成铁素体。晶间区域的铁素体稳定元素如Al、Si和Cr较为丰富，FZ硬度约为600 HV，在HAZ中达到700 HV的最大值。拉伸试验显示了延展性(1.3%)和高拉伸强度(1200 MPa)。

高温焊接导致了贝氏体和奥氏体晶粒的微观结构。

样品在455°C时在奥氏体晶体有66%左右的贝氏体。FZ的硬度为320 HV，在HAZ中最高达到390 HV，约占AT20值的一半。拉伸试验显示，拉伸强度最高为2.7%，抗拉强度为840 MPa。

样品在529°C时在奥氏体晶体有33%左右的贝氏体。与HT455相比，贝氏体百分比的减少是由于在冷却过程中低温温度太低。此外，本样品还提供了一些联合贝氏体。FZ的硬度为310 HV，在HAZ中最高达到320 HV，与原始基材相似。拉伸试验显示，拉伸强度最高为3.5%，拉伸强度为650 MPa。

根据de Lima的研究，该技术可以很容易地应用于制造，以提高高强度和超高强度钢的激光焊接。

汽车工业用激光焊接将钢坯和冲压成形的构件(如柱子、横梁、钢轨、框架、隧道和钢筋)连接在一起，比传统的焊接方法更快、更可靠。

在航天工业中，激光焊接被波音和空客等飞机制造商以及一些较小的欧洲公司使用，以提高飞机、火箭、导弹、卫星、再入飞行器、天线、机载系统和无人机结构的焊接可靠性。这个行业的激光焊接结构必须能够承受高温和外部压力，因此需要非常高的可靠性。

de Lima目前正在从事一项由FAPESP支持的项目，以证明他的技术在巴西的可行性，并将其用于马氏体时效钢的激光焊接，这是巴西火箭和导弹引擎的重要组成部分。