摘要
高强钢因其较高的强度和良好的塑性，被汽车制造等领域密切关注。由于高强钢含有较高比例的马氏体、贝氏体等亚稳相，在受热时结构不稳定而发生转变，导致其在传统熔焊过程中会发生严重的热影响区(HAZ)软化现象。同时，熔焊过程所伴随的气孔、疏松等凝固缺陷以及接头中粗大的凝固组织限制了其在工业中的广泛应用。本文以厚度为1.4mm、强度等级为980MPa的复相高强钢(CP980)为研究对象，采用具有高能量密度、较快焊接速度的激光焊和一种较新的固态连接技术-搅拌摩擦焊(FSW)进行焊接，揭示两者的技术特点以及焊接接头的显微组织和力学性能特征;通过在被焊接材料前加引板的方式减缓了FSW过程中搅拌头所受载荷并快速稳定焊接过程，实现整个搅拌区(SZ)焊接温度远低于Ac3点，甚至部分低于Ac1点的CP980高强钢低转速FSW。论文得出主要结论如下: 对CP980高强钢在激光功率1.7kW-2.1kW和焊接速度30mm/s条件下进行激光焊接，成功获得了无内部焊接缺陷的接头。在不同的激光功率下，焊缝均可分为焊核区、粗晶热影响区、细晶热影响区、临界热影响区、亚临界热影响区和母材。随着激光功率的增加，接头焊核区形状从“顶宽底窄”转变成“沙漏型”。在低激光功率1.7kW时，焊核区的显微组织由长约150μm粗大的柱状马氏体组成且存在明显的定向生长，即垂直于焊接方向优先生长。不同工艺参数下接头的焊核区及部分热影响区的硬度均高于母材(342.6HV),在细晶热影响区硬度最高。接头在激光功率1.7kW时，抗拉强度为1055.1MPa,延伸率为3.5％。随着激光功率的增加，接头的抗拉强度和延伸率均有所下降。 对CP980高强钢在转速400rpm-700rpm和焊接速度30mm/min-110mm/min的参数范围内成功进行了FSW,均获得了良好的接头。与激光焊接头组织不同，接头SZ内的显微组织完全由3-10μm大小马氏体组成，硬度相比于母材显著增加。随着焊接转速的增加或焊接速度的减少，SZ的马氏体尺寸由3.2μm逐渐增加到9.3μm。HAZ中硬质相如马氏体、贝氏体在焊接过程中受热发生回火软化，相比于母材的硬度降至287.5HV。焊接参数为400rpm-110mm/min时获得的接头抗拉强度为1048.3MPa,延伸率为3.2％。在不同的焊接参数下，接头均在HAZ发生断裂。 采用强度较低的Q235碳素钢作为引板，在400rpm-50mm/min焊接参数下对CP980高强钢进行了FSW。引板的使用促使搅拌头插入阶段的轴向力峰值从19.2kN降低至11.3kN，极大地减缓了搅拌头焊接过程中的负荷。此外，加引板后在100rpm的低转速下成功实现了SZ下部区域低于Ac1点的低转速FSW。在剧烈塑性变形作用下，SZ部分形成了铁素体超细晶基体上均匀弥散分布的细小渗碳体组织。接头的力学性能接近母材，抗拉强度达到1075.3MPa,延伸率达到了5.6％。
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