試驗材料和條件

    在本試驗中，對等厚/不等厚/同材/不同材鋼板進行了激光拼焊試驗。激光器使用的是CO₂快速軸流氣體激光器。聚焦透鏡焦距為220mm，工藝輔助氣體為氦氣。激光的輸出模式為Q模。

試驗用鋼的性能數據見表1所示：

    在本研究中，分別進行了同厚/同材，同厚/不同材，差厚/同材，差厚/不同材等不同試驗組合進行激光拼焊試驗，材料組合見表2所示。

    激光拼焊對對接材料的邊部質量要求很高。目前國內外在激光焊接前，對材料端部的準備大致有如下幾種使用高精度剪切的方法：使用機械碾壓的方法；使用激光切割的方法；使用雙光束的方法；使用精沖的方法等。每種方法都有其優缺點，本試驗在進行激光拼焊之前，使用激光切割的方法進行邊部準備。激光切割后，邊部質量完全達到激光拼焊的要求。

結果與討論

    1.激光焊接接頭的力學性能

    激光拼焊橫向拉伸試驗時，均斷裂在母材部位，所測的性能無法反映焊接接頭的情況。而縱向拉伸時，激光焊縫沿整個試樣長度方向上分布，能夠反映激光拼焊焊接接頭的情況。縱向拉伸時，四種不同組合情況下激光焊接接頭的屈服強度與抗拉強度的變化見圖1所示。

    從試驗結果可以看出，其強度比母材有一定程度的提高。這是因為激光焊接焊縫的形成過程是一個快速冷卻過程，其強度和硬度必然比母材有一定程度的提高，而塑性有一定程度的降低。從試驗結果還可以看出，厚度比率對激光焊強度影響不大，而材料等級的差異，對激光拼焊強度的影響較大。在不同等級的材料激光拼焊后，焊接接頭的強度主要取決于低強度等級的材料，而并非為兩種材料強度的平均值。

    2.杯突試驗

    杯突試驗測定試件發生破裂時的最大成形深度。在本研究中，比較了四種不同情況下激光焊焊接接頭部位杯突值與母材相比的下降情況，見圖2所示。杯突值的降低是以厚度較薄或強度較弱一側的鋼板為基礎的。從結果可以看出，激光焊的杯突值較母材都有一定程度的降低，拼焊鋼板厚度比率的變化對杯突值的降低影響較大。圖3為屈服強度對杯突值降低的影響，從結果可以看出，其影響不大。

    3.極限拱頂高

    測極限拱頂高時，使材料處于純拉脹變形狀態，測定發生破裂時的成形深度。在本研究中，比較了屈服強度對極限拱頂高的影響，見圖4所示。從結果可以看出，激光焊焊接接頭處的極限拱頂高比母材都有一定程度的降低，屈服強度的影響不大。

    在本研究中，還獲得了在四種不同組合情況下激光焊焊接接頭處極限拱頂高與母材相比的下降率，見圖5所示。從結果可以看出，與母材相比，差厚/不同材時激光焊焊接接頭極限拱頂高下降值最大，其它三種組合極限拱頂高也都有一定程度的下降。

    4.擴孔試驗

    本試驗測定孔邊開裂時的孔徑與初始孔徑的相對差值，用以評價材料的翻邊性能。下圖為四種組合情況下激光焊焊接接頭擴孔率與母材相比的下降率，從結果可以看出，擴孔率的下降與極限拱頂高的下降相比程度較大，在差厚/同材情況時擴孔率下降程度最大。 #p#分頁標題#e#

    圖7為屈服強度對擴孔率的影響。從試驗結果可以看出，激光焊擴孔率比母材下降程度大。

    5.成形極限圖（FLD）
 
    對在第5種組合情況下的激光拼焊板進行印制網格，成形后用工具顯微鏡測量變形網格的長短軸繪制出成形極限圖（FLD），見圖8。結果顯示，由于焊縫影響，材料變形受到牽制，主應變明顯下降，成形極限圖中的FLD0基板為44%，拼焊板為30%。由此可見，冷軋鋼板激光拼焊后，焊縫處的成形性能較母材有一定程度的降低，故其在零部件上所處的位置應避開成形最復雜部位。同時從圖中還可以看出，危險區域的最大應變為14%，從而拼焊板部位仍尚有16%的應變余度，這說明激光拼焊板部位仍能滿足汽車板沖壓要求。

結論

    通過對冷軋鋼板在不同組合情況下激光拼焊接頭力學性能和成形性能試驗研究，結果表明：

    1、激光焊后的焊接接頭部位其強度比母材有一定程度的提高。厚度比率的變化對強度的影響沒有材料等級比率變化影響大。不同強度等級的激光焊接接頭強度主要取決于低強度等級的材料。

    2、焊接接頭部位其成形性性能比母材有一定程度的降低。隨拼焊板厚度差異和強度差異的增加，成形性能降低。