库姆理工大学机械工程系在《Journal of Materials Research and Technology》期刊发表了一篇题为《An investigation on the laser welding process parameter effects on the failure mode of tailor welded blanks during the formability testing》的论文。文章深入研究了焊接工艺参数对拼焊板成形性和失效模式的影响，提出了一种新的基于单位体积热输入的拼焊板失效模式预测理论模型。
拼焊板(TWB)由两个或多个不同强度或厚度的板材组成，用一种焊接方法连接在一起。结构和部件的轻量化和强度高是拼焊板的主要优点。由于这些的特点，拼焊板主要用于汽车和航空行业。在汽车车身零件中使用拼焊板，不仅减轻了重量，从而降低了油耗，而且降低了生产成本。虽然TWB已被证明在促进不同行业的减重方面具有优势，但在其形成过程中也出现了某些缺点。这些缺陷可以归因于在拼焊板生产过程中焊接方法或参数选择不当造成的缺陷，以及在成形过程中发生的缺陷。激光焊接是焊接热影响区最小的钢板的最佳方法之一，因此该焊接方法的参数对焊接质量起着关键作用。一方面，在拼焊板成形过程中可能会出现诸如熔接线移动这样的缺陷，这是由于拼焊板由两个或多个不同性质的毛坯组成，或者是由于压边力的选择不当。另一方面，可能是因为激光焊接工艺参数选择不当，导致熔透不足、气孔、咬边等缺陷，在成形过程中会导致焊缝处的焊缝处断裂。尽管对拼焊板的成形性进行了广泛的研究，但仍然缺乏关于拼焊板在成形过程中的失效模式的全面知识。目前还没有考虑激光焊接参数对失效模式的影响的理论模型。由于拼焊板的最大强度和延性是在母材发生破坏时获得的，因此本研究试图确定破坏模式的控制因素。
Nd：YAG激光焊接工艺能够产生具有最小变形和热影响区宽度的高质量焊缝，使其成为钢拼焊板（TWB）的最佳候选者之一。因此，研究了激光峰值功率、脉冲宽度、焊接速度和板厚比等工艺参数对拼焊板力学性能和失效模式的影响。拼焊板由厚度为0.5 mm、1 mm和1.5 mm的St 12碳钢板制成。所有样品中的焊接区硬度分布遵循相似的模式，最大硬度出现在焊缝金属中，并在整个热影响区（HAZ）逐渐下降直至达到母材HAZ端部的硬度，焊缝金属的硬度随着接头平均厚度的增加而增加。根据焊缝区不同区域的硬度分布，提出了一个简单的失效模式模型。焊缝金属失效模式（WFM）是指焊缝金属未焊透或焊透过深导致焊缝金属厚度减薄的结果。将薄板焊接单位体积的热输入（Hin）定义为确定失效模式的判断依据。因此，提出了一个定性的标准，预测的失效模式。基于这个简单的模型，有一个适当的限制为Hin的所有厚度比，在故障模式是基体金属故障模式（BFM）。WMF发生在低于和高于该适当值范围的值处。试验结果表明，当11 J/mm ~ 3 部分数据及图表如下： 主要结论： （1）薄板焊缝单位体积的热输入对拼焊板杯突试验的失效模式起着积极的作用。适当的焊接热输入会导致母材失效模式（BFM），而过多或不足的焊接热输入会导致焊缝金属失效模式（WFM）。试验结果表明，当11 J/mm ~ 3 （2）焊缝组织表明，母材晶粒粗大，热影响区晶粒细化。在冷却阶段，由于奥氏体向铁素体的转变，在亚临界热影响区（ICHAZ）和上临界热影响区（UCHAZ）发生了晶粒细化。 （3）在奥氏体分解温度范围内，熔合区和热影响区的高冷却速率使这些区域的硬度较高，导致奥氏体相转变为贝氏体和马氏体。 （4）结果表明，拼焊板在Erich-Schlossen试验中的力-位移随母材厚度比的增大而增大。 （5）结果表明，拼焊板成形高度随焊接速度的增加而增加。随着焊接速度的增加，焊缝硬度增加，从而使焊缝金属抗拉强度增加。 （6）随着脉冲宽度从5.5 ms增加到6.5 ms，成形高度增加。脉冲宽度的增加为焊缝区与母材和环境之间的热传递提供了更多的时间，从而导致更大的冷却速率，导致拼焊板试样的成形高度更高。 （7）由于拼焊板的厚度比在焊缝中起着应力集中因子的作用，因此该因子的增加对拼焊板在埃里克森试验中的成形性具有负面影响。拼焊板厚度比越大，成形高度越小。 （8）结果表明，焊接热输入不足导致熔深不足，试样从焊缝处断裂;焊接热输入过大，焊缝区易出现裂纹缺陷和薄弱区。这些缺陷降低了拼焊板的成形性，导致成形高度降低。 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.061
来源：学术期刊
图1 对应于5和8的焊接样品的焊缝金属（WM）、HAZ和基底金属（BM）的显微组织。
图2 通过改变（a）速度、（b）功率、（c）脉冲持续时间和（d）厚度比的焊接参数来改变焊缝硬度。
图3 埃里克森试验中不同厚度比试件的力-位移曲线。
图4 单位体积热输入对薄板破坏应力和破坏模式的影响。
图5 通过改变（a）速度、（b）功率、（c）脉冲持续时间和（d）厚度比的焊接参数来改变成形高度。
图6 具有不同焊接状态的示意图、微观结构和真实的样品，所述不同焊接状态为（a）不完全熔合（样品7）、（B）完全熔合（样品14）和（c）较薄片材中的颈缩（样品12）。
