双相钢激光焊接接头的动态变形行为及机理研究

DP钢激光焊接接头在冲压成形及碰撞过程中的变形行为直接影响汽车车身焊接构件的服役可靠性。本研究通过实验测试与理论分析相结合的方式，系统研究不同应变速率条件下DP钢母材及激光对接焊接头拉伸性能、焊缝成形性能的变化规律，确定动态载荷下焊接接头的断裂位置、拉伸变形吸收功与应变速率的关系；以实验结果为依据，明确应变速率对模拟焊接热履历的回火DP钢拉伸性能及变形吸收功的影响规律，阐明在不同应变速率变形过程中位错运动与马氏体回火程度（马氏体软化、碳化物析出含量及分布）的本质关系，构建动态载荷下DP钢激光焊接接头的变形及断裂机理模型。研究结果不仅可以为汽车车身材料DP钢激光焊接接头结构设计提供基于动态力学的理论依据，而且对于加快我国以"节能减排和保障驾乘安全"为标志的新一代汽车用AHSS钢的发展和应用具有重要的促进作用。

当前汽车制造业对于车身轻量化和服役安全性的要求不断提高，使以双相钢（DP钢）为代表的先进高强钢（AHSS钢）在车身结构件上广泛应用。由于制造的灵活性和可靠性，激光焊接正在逐步取代传统焊接，将成为汽车制造中的重要焊接方式。汽车在生产和高速冲撞过程中，车身的部分结构件应变速率最高可达1000/s，焊接接头作为车身结构的重要组成部分同样也将承受动态载荷的作用，接头组织和性能的不均匀性会影响整个接头的力学性能和变形行为。本工作针对广泛应用于当今汽车制造领域的DP钢及其激光拼接焊接头，系统研究了应变速率对DP钢及其激光焊接接头动态拉伸变形行为的影响规律和机理，以进一步揭示动态载荷下其力学性能改变的本质。研究结果不仅可以为汽车车身材料DP钢激光焊接接头结构设计提供基于动态力学的理论依据，而且对于加快我国以“节能减排和保障驾乘安全”为标志的新一代汽车用AHSS钢的发展和应用具有重要的促进作用。研究发现，当应变速率超过10/s后，DP780钢的强度和应变硬化指数明显提高；塑性在30—500/s范围内出现大幅度增加的现象。高应变速率的变形过程中，铁素体基体中位错运动速度加快，导致“近程阻力”增大，使DP780钢的变形抗力随应变速率的增加而增大。在应变速率达到30/s之后，铁素体中可动位错数量的大幅度提高，是DP780钢均匀伸长率和断后伸长率在30—500/s范围内得以明显增加的主要原因。与母材相比，DP780钢激光焊接接头的变形行为对应变速率的敏感性更为显著。随应变速率的增加，DP780钢激光焊接接头的强度提高，塑性呈现整体下降趋势。在较低应变速率（<10/s）条件下，随应变速率增加，焊接接头的强度有所提高，但变化幅度不大，塑性降低相对较明显；当应变速率超过10/s后，强度的提高幅度增大，而塑性在应变速率10—100/s范围内有所恢复后继续降低。DP780钢激光焊接接头拉伸变形过程中宏观力学行为的应变速率敏感性主要取决于DP780钢母材在不同应变速率下变形行为及机制的改变。随应变速率的增加，DP780钢激光焊接接头断裂位置距焊缝中心线的距离显著降低，断裂位置由母材区转移至热影响区的软化区。动态载荷下，DP780钢激光焊接接头不同区域组织塑性变形行为应变速率依存性存在差异，是焊接接头断裂位置表现出明显应变率效应的本质原因。