一种评价激光拼焊板焊缝韧性的实验方法与流程

本发明涉及激光拼焊板焊缝性能检测技术领域，尤其涉及一种评价激光拼焊板焊缝韧性的实验方法。

背景技术

激光拼焊板成形是将两块或两块以上的不同材质、不同厚度和/或不同表面涂层的板材采用激光拼焊方式连在一起，然后进行冲压成形的材料加工技术，以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。

激光拼焊板焊缝区域由于受到焊接过程中热循环的作用，引起该区域组织、性能的明显变化。如在热影响区形成晶粒大小不一的组织形态，在熔合区一般形成针状铁素体、魏氏组织、贝氏体、马氏体以及块状铁素体的混合组织，导致激光拼焊板的力学性能发生明显变化，如强度、硬度提高，塑性、韧性及成形性能下降等。因此，焊缝成为激光拼焊板的薄弱区域。

在汽车行业，激光拼焊板大多要经过冲压成形成才能成为汽车零部件，而冲压过程使钢板内应力增加，焊缝的韧性进一步下降。因此，激光拼焊过程中焊缝经历的焊接热循环、冲压成形造成的内应力是导致焊缝韧性下降的主要原因，从而对汽车的使用性能造成不利影响。目前关于激光拼焊板的强度、塑性、硬度及成形性能已有较为成熟的试验方法进行评价，而拼焊板焊缝的韧性通常依靠焊缝金相显微组织的差异来对焊缝韧性进行定性评判，而这种方法需要操作者有丰富的检测经验，而且金相显微组织的差异不明显，定性评判的准确率低、效率低，而且成本高。因此建立一种合理、规范、准确高效的评价激光拼焊焊缝韧性试验方法，便成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种评价激光拼焊板焊缝韧性的实验方法，解决了传统激光拼焊板焊缝韧性的测定评价方法不规范，不能定量评价焊缝韧性的问题，目的在于，通过设计一种评价焊缝韧性的实验方法，通过测定激光拼焊焊缝的抗冲击能量，可以高效准确地定量评价焊缝的韧性，而且对操作者的经验要求低，大大降低了试验成本。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述评价激光拼焊板焊缝韧性的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将激光拼焊板裁剪成一定形状的试样；

(2)将拼焊板试样定位冲压，形成杯状试样；

(3)将杯状试样的边缘处理平齐；

(4)将处理后的杯状试样进行冲击试验，得出可承受的冲击能量来定量评价焊缝的韧性。

进一步地，所述步骤(1)中所述的激光拼焊板被裁剪后焊缝位于试样的中部。

进一步地，所述步骤(2)中使用的设备是板材成形试验机，所述板材成形试验机包括将试样定位压紧的压边圈以及将试样冲压成形的凹模和凸模，所述压边圈设置在凹模的下端。

进一步地，所述压边圈将试样定位压紧时，对于差厚激光拼焊板切割成的试样，将试样较厚一侧与凸模接触，在试样较薄的一侧放置使压边均匀的垫片。

进一步地，所述凸模的运动速度为0.2mm/s～2.0mm/s。

进一步地，所述凹模和凸模的半径差值与试样厚度的比值范围设置为1.2～1.6。

进一步地，所述步骤(3)的具体处理方法是，将冲制完成的杯状试样使用线切割方法切除边缘的凸起，并清除杯状试样口部的毛刺，使试样杯口平齐。

进一步地，所述步骤(4)中使用的设备是落锤试验机，具体操作是，将杯状试样的杯口朝上放置在落锤试验机底座中心部位，通过观察冲击后杯状试样的状态，确定可承受的冲击能量。

进一步地，所述杯状试样可承受的冲击能量为杯口发生塑性扩张且焊缝处未发生开裂的状态时的冲击能量。

进一步地，所述落锤试验机的冲击锤头设置成圆台形，冲击锤头的直径较小端朝下设置，所述杯状试样的口径大于冲击锤头的最小直径且小于冲击锤头的最大直径。

本发明的有益效果是：

1、通过将激光拼焊板冲制成杯状试样，然后对含焊缝的杯状试样进行抗冲击试验，以此抗冲击试验得到的抗冲击能量来定量评价焊缝韧性，此试验方法操作简单、可以高效准确地定量评价焊缝的韧性，而且对操作者的经验要求低，大大降低了试验成本；

2、板材成形试验机的凸模和凹模之间的间隙根据激光拼焊板厚板实际厚度选择，当凹模和凸模的半径差值与试样厚度的比值范围在1.2～1.6之间时，可确保样杯外壁无擦伤、无挤压变形和起皱，确保了试样性能不受影响，提高了冲击试验结果的准确性；

综上，本发明通过测定激光拼焊板焊缝的抗冲击能量，对焊缝韧性进行定量的评价，此测定方法简单、高效、测定结果准确直观，而且对操作者的经验要求低，大大降低了试验成本，适于推广使用。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1本发明中将拼焊板试样压制成杯状试样的结构示意图；

图2为本发明中处理后的杯状试样的结构示意图；

图3为本发明中落锤试验机的结构示意图；

上述图中的标记均为：1.杯状试样，11.焊缝，2.压边圈，3.凹模，4.凸模，5.落锤试验机，51.冲击锤头。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明具体的实施方案为：如图1、图2、图3所示，一种评价激光拼焊板焊缝韧性的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将激光拼焊板裁剪成一定形状的试样，此激光拼焊板被裁剪后焊缝11位于试样的中部，使焊缝11的两侧受力平衡，使后面的检测结果更准确，为了容易满足裁剪要求，可将激光拼焊板裁剪成圆形或方形；裁剪完成后，采用有机溶剂(无水乙醇或丙酮)将试样表面清洗干净，并采用润滑脂(医用凡士林)将试样正反面进行润滑，防止试样表面的残留物将其表面划伤，防止冲压时产生质量缺陷；

(2)如图1所示，将拼焊板试样定位冲压，形成杯状试样1，使用的设备是板材成形试验机，板材成形试验机包括将试样定位压紧的压边圈2以及将试样冲压成形的凹模3和凸模4，压边圈2设置在凹模3的下端，将试样定位压紧；为了使杯状试样1形成后，焊缝11在其中部，压边圈2将试样定位压紧时，对于差厚激光拼焊板切割成的试样，将试样平整的一面与凸模4接触，在试样较薄的一侧放置使压边均匀的垫片，垫片厚度是差厚激光拼焊板厚板材和薄板材的厚度之差，使拼焊板试样在凸模4冲压下受力均匀；经过多次试验得出，当凸模4的运动速度为0.2mm/s～2.0mm/s，或凹模3和凸模4的半径差值与试样厚度的比值范围设置为1.2～1.6时，可使杯状试样1的外壁无擦伤、无挤压变形和起皱，确保了试样性能不受影响，提高了冲击试验结果的准确性；

(3)如图2所示，将杯状试样1的边缘处理平齐，具体方法是，将冲制完成的杯状试样1使用线切割方法切除边缘的凸起，可使用普通车床切割，并清除杯状试样1口部的毛刺，使试样杯口平齐；然后将样杯采用有机溶剂(无水乙醇或丙酮)清洗干净；

(4)如图3所示，将处理后的杯状试样1进行冲击试验，得出可承受的冲击能量来定量评价焊缝的韧性，所使用的设备是落锤试验机5，具体操作是，将杯状试样1的杯口朝上放置在落锤试验机5底座中心部位，通过观察冲击后杯状试样1的状态，当杯口发生塑性扩张且焊缝11处未发生开裂的状态时，此时的冲击能量即为杯状试样1可承受的冲击能量，在进行冲击试验前，首先设定初始冲击能量对杯状试样1进行冲击，通过改变冲击锤头51的高度实现冲击能量的改变，每次增加或降低冲击能量大小可以是10j、5j或者更小，依据试验要求精度而定，当杯状试样1的焊缝11处发生开裂，则降低冲击能量，当杯状试样1仅发生杯口塑性扩张，而未发现肉眼可见裂纹，则提高冲击能量，经过多次试验得出，当杯口发生塑性扩张且焊缝11处未发生开裂的状态时，此时的冲击能量即为杯状试样1可承受的冲击能量；落锤试验机5的冲击锤头51设置成圆台形，冲击锤头51的直径较小端朝下设置，杯状试样1的口径大于冲击锤头51的最小直径且小于冲击锤头51的最大直径，当冲击锤头51下降时，使冲击锤头51的直径较小端冲击进入杯状试样1的杯口，而直径较大端对杯状试样1进行胀紧，使杯状试样1内部受力均匀，使测定结果更准确。

本试验中，所采用的试验设备为bup600成形试验机，设备参数为最大冲压力为600kn，最大压边力600kn，最大冲压速度750mm/min，能够进行杯突、拉深、扩孔、锥杯、凸耳、拉弯回弹、液压胀形试验以及成形极限曲线的测定；使用的低能量落锤试验机，最大冲击能量为100j，最大冲击高度为1000mm，并连续可调，冲击锤头质量为10kg±0.08kg，冲击锤头锥角为60°±0.5°；切除杯状试样边缘的凸起所用车床为6140普通车床。

实施例1：选取厚度分别为1.2mm和0.8mm的冷轧if钢，激光拼焊后裁剪成直径为66mm的圆片状试样，采用无水乙醇将试样清洗干净；将试样放入bup600成形试验机，使试样平整的一面朝下放置，与凸模4直接接触，并保证焊缝位置处于凸模4中心，同时在不平一侧增加垫片，垫片的厚度为0.4mm，试样与凸模之间涂抹凡士林作为润滑剂，其中凸模4直径33mm，凹模3直径36.52mm，设置压边力为25kn，凸模运动速度1.0mm/s，启动设备，试样中部通过凸模4的运动产生拉深变形，深冲成为圆柱形杯状试样1；将冲制好的样杯采用机加工方式切除杯口边缘的凸起，确保样杯口部位无任何毛刺。

将杯状试样1杯口朝上放置在落锤试验机底座中心，冲击锤头51提升至一定高度(可以根据经验预估样杯冲裂所需的冲击能量，确定提锤高度)，释放冲击锤头51使其自由落下，冲击杯状试样1。如杯状试样1发生破裂，则降低冲击锤头51高度；如杯状试样1未发生破裂则提升冲击锤头51高度，每两次冲击试验冲击锤头51高度差依据试验要求精度确定，本实例中初次冲击锤头51的冲击高度为700mm，冲击能量为70j，每次增加或降低冲击能量为5j，试验结果如表1所示，结果表明，该激光拼焊板焊缝11可以承受55j的冲击能量。

实施例2：选取厚度均为1.0mm的冷轧if钢和冷轧双相钢dp600，采用激光拼焊方式进行拼接，然后裁剪为圆片状试样并冲制成圆柱形杯状试样1，机加工切除杯口凸起，并采用不同冲击能量进行落锤试验，整个杯状试样1的制作及试验过程同实施例1，该激光拼焊板的试验结果表1所示，试验结果表明，该激光拼焊板焊缝11可以承受60j的冲击能量。

实施例3：选取厚度分别为1.2mm的加磷强化if钢和1.0mm的热镀锌if钢，采用激光拼焊方式进行拼接，然后裁剪为圆片状试样并冲制成杯状试样1，机加工切除杯口凸起，并采用不同冲击能量进行落锤试验，整个杯状试样1的制作及试验过程同实施例1和实施例2，该激光拼焊板的试验结果表1所示，试验结果表明，该激光拼焊板焊缝11可以承受50j的冲击能量。

综合以上实例可以得出结论实例2焊缝韧性＞实例1焊缝韧性＞实例3焊缝韧性。

表1不同试样的冲击试验结果

综上，本发明通过测定激光拼焊板焊缝的抗冲击能量，对焊缝韧性进行定量的评价，此测定方法简单、高效、测定结果准确直观，而且对操作者的经验要求低，大大降低了试验成本，适于推广使用。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。