圖1 焊接接頭在不同稀釋率下的拉伸性能：(a) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線和拉伸斷裂狀態(tài) (b) 焊接接頭的拉伸強(qiáng)度和延伸率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高端光電裝備部激光智能制造技術(shù)研發(fā)中心楊上陸研究員團(tuán)隊(duì)在汽車用鋁硅鍍層熱成形鋼激光拼焊研究中取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出了一種基于稀釋率控制的合金化策略，研制出低成本高強(qiáng)鋼焊絲。不同于傳統(tǒng)的“激光燒蝕+焊接”兩步工藝，該研究實(shí)現(xiàn)了一步直接激光填絲焊接與高質(zhì)量接頭制備的協(xié)同優(yōu)化，并系統(tǒng)闡明了其組織調(diào)控機(jī)理。相關(guān)成果以“Enhancing the mechanical performance of laser-welded Al-Si coated 22MnB5 PHS via dilution-controlled nickel addition”為題，發(fā)表于Journal of Materials Research and Technology。

鋁硅鍍層熱成形鋼因兼具高強(qiáng)度與優(yōu)良耐蝕性，已被廣泛應(yīng)用于新能源汽車車身結(jié)構(gòu)。然而在激光焊接過程中，鍍層鋁進(jìn)入熔池并發(fā)生偏析，促進(jìn)鐵素體生成，導(dǎo)致接頭軟化和力學(xué)性能下降。這一難題長期制約了鋁硅鍍層熱成形鋼激光拼焊件的工程化應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)有工藝優(yōu)化手段也難以在簡化流程與滿足工業(yè)需求之間取得平衡。

圖2 稀釋率和鎳含量對熔合區(qū)組織轉(zhuǎn)變影響的示意圖。

針對上述問題，本研究開發(fā)了一種低成本高強(qiáng)鋼焊絲，通過稀釋率控制實(shí)現(xiàn)了焊縫中鎳含量與鋁稀釋比例的有效調(diào)控，成功制備出高強(qiáng)度拼焊接頭。結(jié)合顯微表征與組織演化模擬，系統(tǒng)揭示了稀釋率與鎳含量對焊縫組織轉(zhuǎn)變的耦合調(diào)控機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，降低稀釋率能夠顯著減少焊縫中平均鋁含量，改善組織均勻性;鎳含量的增加則有效抑制了包晶反應(yīng)中鐵素體的生成，促進(jìn)高位錯(cuò)密度馬氏體形成，并提高低角度晶界比例。鐵素體在凝固過程中的顯著減少，使得淬火溫度下鐵素體分?jǐn)?shù)明顯降低，從而確保了焊后接頭的優(yōu)異力學(xué)性能。所提出的方法在鋁硅鍍層熱成形鋼定制化焊接組件的制造中展現(xiàn)出更高的有效性，不僅提高了接頭延伸率，還促使斷裂位置由焊縫區(qū)轉(zhuǎn)移至基材。本研究為新能源汽車用熱成形鋼拼焊接頭的工業(yè)化應(yīng)用提供了一種低成本且具有高度可行性的全新解決方案。

相關(guān)工作得到了中國博士后科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。

審核編輯 黃宇