工藝參數(shù)對點(diǎn)焊后先進(jìn)高強(qiáng)鋼(雙向鋼)點(diǎn)焊的組織和性能

1、項(xiàng)目編號(hào):吉林大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目名稱項(xiàng)負(fù)責(zé)人學(xué)院、年級(jí)、聯(lián)系電話電子郵件指導(dǎo)教師姓名工藝參數(shù)對點(diǎn)焊后先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙向鋼）組織和性能的影響劉睿華專業(yè)材料科學(xué)與工程學(xué)院、2008級(jí)材料成型及控制工程13944161846754911213邱小明職稱教授填表日期 2010年4 月 20 日項(xiàng)目名稱工藝參數(shù)對點(diǎn)焊后先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙向鋼）點(diǎn)焊的組織和性能10申請經(jīng)費(fèi)（元）起止時(shí)間年 月至教學(xué)號(hào)姓名年級(jí)所在學(xué)院、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail43081202劉睿華08材料科學(xué)與工程學(xué)院1394416184675491121343081219聶春松08材料科學(xué)與工程學(xué) 加 成

2、員指 導(dǎo) 教 師4302121843081225姓名E-mail姬永峰魏阿娟邱小明0808學(xué)院qiuxmjlu.Edu.c n材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院聯(lián)系電話1894362955613944916034職稱教名一、項(xiàng)目申請理由（包括項(xiàng)目背景及自身具備的知識(shí)、素質(zhì)、能力和已參加過的研究等條件）項(xiàng)目背景：輕量化、節(jié)能、環(huán)保和安全是當(dāng)今汽車技術(shù)的重要發(fā)展方向。材料及其相關(guān)應(yīng)用技術(shù)是汽車 工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎(chǔ)。輕量化材料和相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)在汽車上的應(yīng)用是降低汽車 排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效措施之一。美國PNGV計(jì)劃中，把材料和相關(guān)應(yīng)用

3、技術(shù)作為三大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域之一。先進(jìn)高強(qiáng)鋼（Advaneed High Strength Steels, AHSS），以其強(qiáng)度高、成型性能好、能量吸收率高、初始加工硬化速率高和防撞凹性能好等綜合優(yōu)勢，迅速發(fā)展為汽車制造中應(yīng)用前景最為 看好的輕量化材料之一。國外汽車輕量化材料研究和生產(chǎn)實(shí)踐說明，應(yīng)用的輕量化材料主要是先 進(jìn)高強(qiáng)鋼，它是保證安全和輕量化的基本材料。近年來，世界各大車廠的汽車逐步增加了先進(jìn)高 強(qiáng)鋼的使用量。傳統(tǒng)的高強(qiáng)鋼大多是通過固溶、析出和細(xì)化晶粒作為主要強(qiáng)化手段來提高鋼的強(qiáng)度，而先進(jìn) 高強(qiáng)鋼（AHSS是指通過相變進(jìn)行強(qiáng)化的鋼種，包括微合金鋼、超低碳加磷鋼、烘烤硬化鋼、雙 相鋼（DP鋼

4、）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP鋼）、復(fù)相鋼（CP鋼）和馬氏體鋼（Mart ）等，組織中含 有馬氏體、貝氏體和/或殘余奧氏體，具有強(qiáng)度高、成型性能好、能量吸收率高、初始加工硬化速 率高和防撞凹性能好等綜合優(yōu)勢，迅速發(fā)展為汽車制造中應(yīng)用前景最為看好的輕量化材料之一。 鋼板強(qiáng)度提高，板厚就可以減薄，從而有效減輕車重，使用高強(qiáng)度鋼板代替原用鋼板后，車身板厚可由1.0 1.2mm減為0.7 0.8mm,從而減輕車重達(dá) 15 % 20 %。隨著先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板在車身中的廣泛應(yīng)用，焊接技術(shù)問題變的日益突出。這是因?yàn)橄冗M(jìn)高強(qiáng) 鋼是在低碳鋼中添加少量的鎳、鈮和/或鈦等合金元素，經(jīng)過固溶體強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、晶粒細(xì)化強(qiáng)化

5、和應(yīng)變組織強(qiáng)化，使其與碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在鐵素體基體上析出從而提高鋼 的強(qiáng)度。焊接過程中先進(jìn)高強(qiáng)鋼的塑性溫度區(qū)間較窄，與傳統(tǒng)普通低碳鋼板點(diǎn)焊比較，為獲得同 樣的塑性變形需要較大的電極壓力，這導(dǎo)致合適的焊接工藝范圍變窄，電阻點(diǎn)焊工藝性能較難控 制，電極磨損劇烈、飛濺嚴(yán)重等問題相對突出。先進(jìn)高強(qiáng)鋼的焊接工藝和質(zhì)量控制是各汽車生產(chǎn) 廠家與配件生產(chǎn)廠家急需解決的關(guān)鍵技術(shù)。本項(xiàng)目擬采用吉林大學(xué)焊接教研室開發(fā)的多功能智能監(jiān)控系統(tǒng)為研究平臺(tái)， 相鋼）點(diǎn)焊作為切入點(diǎn)，開展點(diǎn)焊焊接性、工藝參數(shù)對熔核組織、性能的影響規(guī)律 價(jià)和認(rèn)識(shí)超強(qiáng)材料的焊接性問題。 自身具備素質(zhì)及知識(shí)能力以及參加過的研究：劉睿華

6、：申請項(xiàng)目的小組負(fù)責(zé)人，2008年以高出河北省重點(diǎn)錄取分?jǐn)?shù)線 入吉林大學(xué)，現(xiàn)就讀于吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、材料成型及控制工程專業(yè)一年中學(xué)習(xí)努力刻苦，孜孜不倦，于2009年末獲得吉林大學(xué)三等獎(jiǎng)學(xué)金，以先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙,從而辯證地評(píng)45分的優(yōu)異成績考12班。在過去的 同時(shí)還榮獲了學(xué)校頒發(fā)的“文體活動(dòng)獎(jiǎng)”單項(xiàng)獎(jiǎng)！在校期間，她不僅在學(xué)習(xí)上力爭上游，同時(shí)積極參加各種學(xué)生活動(dòng)， 曾參加并組織了包括 2008年材料學(xué)院迎新晚會(huì)， 社團(tuán)百花節(jié)，吉林大學(xué)運(yùn)動(dòng)會(huì)等大型活動(dòng), 老師和同學(xué)們的認(rèn)可。作為社團(tuán)負(fù)責(zé)人的她，策劃和舉辦了不少在校園內(nèi)有一定影響的活動(dòng)。在 2009年一年中獲得吉林大學(xué)“優(yōu)秀團(tuán)員”，吉林大學(xué)“

7、優(yōu)秀社團(tuán)負(fù)責(zé)人”等榮譽(yù)稱號(hào)，并在 年學(xué)院組織的辯論賽中榮獲“最佳辯手”稱號(hào)，同樣在2010年參加學(xué)校組織的“先鋒論壇”賽，也表現(xiàn)優(yōu)異！魏阿娟：現(xiàn)就讀于吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，材料成型及控制工程專業(yè)12班,考入吉林大學(xué)，高考成績超出陜西省一本重點(diǎn)線52分，進(jìn)入吉林大學(xué)后成績優(yōu)異，在獲吉林大學(xué)三等獎(jiǎng)學(xué)金。在過去的一年中積極參加各類活動(dòng)，曾在學(xué)院組織的征文大賽中兩次獲 獎(jiǎng)。參加了 2008級(jí)迎新晚會(huì)等文藝活動(dòng)。姬永鋒：現(xiàn)就讀于吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，材料成型及控制工程專業(yè) 入學(xué)，高考成績超出山東省一本重點(diǎn)線40多分，進(jìn)入吉林大學(xué)后成績優(yōu)異，在校三等獎(jiǎng)學(xué)金。此成員學(xué)習(xí)刻苦，做事細(xì)心，工圖等學(xué)科

8、成績都相當(dāng)優(yōu)異。聶春松：現(xiàn)就讀于吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，材料成型及控制工程專業(yè) 入學(xué)，高考成績超出河南省一本重點(diǎn)線60多分，進(jìn)入吉林大學(xué)后成績優(yōu)異，在：三等獎(jiǎng)學(xué)金。一直以來積極參加學(xué)生工作，并獲得了吉林大學(xué)“社會(huì)工作獎(jiǎng)”單項(xiàng)獎(jiǎng)學(xué)金。參加此次研究的成員在學(xué)有余力的情況下對科學(xué)研究一直抱著極大的熱情，希望在研究中開 闊自己的視野！本項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和參加人已初步掌握完成本項(xiàng)目所需的材料學(xué)、力學(xué)金屬學(xué)及熱處理、材料成 型原理等基礎(chǔ)理論知識(shí)及合金樣品的制備、顯微組織觀察、力學(xué)性能檢測等實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，具有 一定的自主研究和獨(dú)立思考能力。并閱讀了大量相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，積累了一些研究經(jīng)驗(yàn)，因此有能 力完成項(xiàng)目提出

9、的各項(xiàng)研究任務(wù)。對于學(xué)校給與的這次機(jī)會(huì)非常珍惜，也希望通過這次計(jì)劃能學(xué) 到更多的知識(shí)，各方面能力得到提高。得到2009辯論2008 年2009年曾12 班，2008 年2009年曾獲學(xué)12 班，2008 年2009年曾獲學(xué)校、項(xiàng)目研究內(nèi)容 （目前研究的現(xiàn)狀、主要研究內(nèi)容，重點(diǎn)和難點(diǎn)及可能的創(chuàng)新點(diǎn)，研究思 路和方法等）2.1目前研究的現(xiàn)狀高效率、低成本的電阻點(diǎn)焊技術(shù)在車身裝配過程中的占相當(dāng)大比例，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊 質(zhì)量問題已受到國內(nèi)外研究學(xué)者的密切關(guān)注。先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的點(diǎn)焊接頭質(zhì)量的不穩(wěn)定及其檢測 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有待制定成為推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。目前各國焊接工作者對先進(jìn)高強(qiáng)鋼電阻焊的研究主 要集中在

10、各種高強(qiáng)鋼的可焊性、焊接規(guī)范參數(shù)對焊點(diǎn)組織性能的影響、電極壽命、焊接程序和工 藝的優(yōu)化等。英國 TWI材料連接技術(shù)全球中心的Shi,G等學(xué)者研究了高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊程序的修正以及母材強(qiáng)度和焊接淬火對焊點(diǎn)性能的影響；日本學(xué)者Otani,Tadayuki等對超細(xì)晶粒高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊特性作了系統(tǒng)的研究，研究發(fā)現(xiàn)：這種由于高強(qiáng)鋼在高溫下的電阻率和強(qiáng)度與低碳鋼不同，其點(diǎn) 焊時(shí)得到同樣大小的熔核尺寸需要的焊接電流比低碳鋼板更大，同時(shí)，這種鋼板的碳當(dāng)量很低， 雖然焊后熔核的主要組織是馬氏體，但由于低碳成分限制了熔核硬化，因此這種材料的點(diǎn)焊接頭 不經(jīng)過回火就能得到高的拉剪強(qiáng)度和垂直拉伸強(qiáng)度；法國學(xué)者M(jìn)imer, M通過

11、試驗(yàn)研究提出了通過焊后回火工藝來改進(jìn)高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)度鋼的電阻點(diǎn)焊性能的方法；美國學(xué)者研究了690 960M Pa高強(qiáng)雙相鋼點(diǎn)焊回火工藝，建立了用于指導(dǎo)幾種高強(qiáng)鋼電阻點(diǎn)焊的回火曲線圖，并證明該回火圖 是典型的等溫 C曲線；日本焊接協(xié)會(huì)專門成立了先進(jìn)高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊質(zhì)量監(jiān)控及檢測研究小組，采用 彌散強(qiáng)化銅合金或通過對電極的低溫處理等措施提高電極的使用壽命。600目前，先進(jìn)高強(qiáng)鋼在我國的應(yīng)用過程中仍存在一定問題。首先是先進(jìn)高強(qiáng)鋼自主開發(fā)能力不 足，新產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)主要依靠引進(jìn)技術(shù)與裝備，國內(nèi)生產(chǎn)的先進(jìn)高強(qiáng)鋼的質(zhì)量水平與國外存 在較大差距，不能滿足國內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展需求。其次，先進(jìn)高強(qiáng)鋼的加工、成型和連接

12、技術(shù)還 處于實(shí)驗(yàn)室和試生產(chǎn)階段。國內(nèi)高校院所和生產(chǎn)企業(yè)開展的研究工作主要集中在強(qiáng)度級(jí)別在 800MPa鋼種的焊接。2.2主要研究內(nèi)容（1）研究先進(jìn)高強(qiáng)鋼的電阻點(diǎn)焊焊接性、分析先進(jìn)高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊熔核的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能;（2）焊接工藝參數(shù)對點(diǎn)焊熔核組織和性能的影響；先進(jìn)高強(qiáng)鋼的電阻點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化；（3）基于智能溫控誘導(dǎo)相變機(jī)制，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高強(qiáng)鋼點(diǎn)焊熔核組織加工歷史再現(xiàn)； 2.3重點(diǎn)和難點(diǎn)先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙相鋼）是由低碳鋼或低碳微合金鋼經(jīng)兩相區(qū)熱處理或控軋控冷得到，亦即在 臨界溫度區(qū)間退火和隨后的淬火，雙相區(qū)退火溫度決定了奧氏體的含量及其碳含量與奧氏體淬透 性；而冷卻速度決定了奧氏體以何種方式完成轉(zhuǎn)變，擴(kuò)

13、散型或切變型，這些加工歷史以及組織變 化將直接影響力學(xué)性能。在快速冷卻過程中，奧氏體會(huì)完全轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而達(dá)到了馬氏體和 鐵素體的室溫組織。雙向高強(qiáng)鋼焊接，由于受到熱作用，焊縫區(qū)組織將發(fā)生變化，母材局部重熔, 因此，保證焊縫組織與性能和母材一致，是項(xiàng)目的難點(diǎn)。2.4創(chuàng)新點(diǎn)運(yùn)用點(diǎn)焊熱過程智能控制與多脈沖調(diào)幅電流誘導(dǎo)相變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙相鋼）點(diǎn)焊 智能監(jiān)控策略。2.5研究思路和方法（1）先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙相鋼）的焊接性研究：先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙相鋼）對點(diǎn)焊熱作用十分敏感, 點(diǎn)焊過程中母材重熔，電極作用力和快速冷卻將影響熔核的結(jié)晶狀態(tài)和微觀組織，結(jié)果反映到接 頭的物化、力學(xué)性能。先進(jìn)高強(qiáng)鋼（雙相鋼）

14、的焊接性研究的基本前提是：確保搭接接頭熔核的 成型質(zhì)量：點(diǎn)焊無噴濺、無過熱、壓陷適度、熔核尺寸達(dá)標(biāo)?；邳c(diǎn)焊接頭成型分析接頭組織和性能。(2) 點(diǎn)焊工藝參數(shù)優(yōu)化：點(diǎn)焊工藝參數(shù)相互關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，邊界條件復(fù)雜，尤其是焊接電流、電 極壓力和焊接時(shí)間的合理匹配更為重要。(3) 接頭微觀組織和力學(xué)性能分析：利用先進(jìn)微觀分析方法對點(diǎn)焊接頭組織和誘導(dǎo)相變效果的評(píng)價(jià)，揭示組織變化對力學(xué)性能的影響規(guī)律，為優(yōu)化工藝參數(shù)和控制技術(shù)提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。注：此欄可附頁三、項(xiàng)目進(jìn)度安排（查閱資料、選題、自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究方案、開題報(bào)告、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)、處理與分析、研制開發(fā)、填寫結(jié)題表、撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告、參加結(jié)題答辯

15、和成果推廣 等）（1）（2）2010.062010.092010.082010.112010.122011.012011.022011.032011.042011.05:查閱文獻(xiàn)、準(zhǔn)備試驗(yàn)材料；:研究先進(jìn)高強(qiáng)鋼的電阻點(diǎn)焊焊接工藝參數(shù)、先進(jìn)高強(qiáng)鋼母材的組織、點(diǎn)焊對母材組織的影響；:研究先進(jìn)高強(qiáng)鋼焊件的性能；:優(yōu)化研究成果；:撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提交實(shí)驗(yàn)成果。四、擬利用資源（實(shí)驗(yàn)室、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料、資料等）材料學(xué)院加工實(shí)驗(yàn)室，點(diǎn)焊機(jī)，控制機(jī)床，微觀鏡像分析儀等實(shí)驗(yàn)設(shè)備。同時(shí)還可以在校內(nèi) 計(jì)算中心、測試中心、微觀分析中心、化學(xué)分析中心、物理與力學(xué)實(shí)驗(yàn)室等單位進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)。 因此，從設(shè)備、儀器方面為本研究項(xiàng)目的順利完成提供了有利條件。指導(dǎo)教師課題組從事相關(guān)研究積累了大量文獻(xiàn)和資料，并通過網(wǎng)絡(luò)檢索各種資料。五、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算與用途（購置實(shí)驗(yàn)消耗材料（低值品）、資料、加工測試、打字復(fù)印、調(diào)研、 市內(nèi)公交、論文版面費(fèi)、專利申請費(fèi)等經(jīng)費(fèi)開支）項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算：1.0萬元經(jīng)費(fèi)用途：.購置實(shí)驗(yàn)材料：0.25萬元試樣加工：0.15萬元組織性能檢測：0.2萬元資料、復(fù)印、調(diào)研及論文版面費(fèi)：0.4萬元 合計(jì)：1.0萬元六、