引言 汽車用激光拼焊板是近年來發(fā)展很快的一項(xiàng)技術(shù)，目前已經(jīng)共有100多條拼焊板生產(chǎn)線分布于世界各地，其應(yīng)用范圍也從單純解決板材寬度不足問題，而逐漸趨向于對(duì)不同厚度、不同材質(zhì)以及不同表面處理鋼板的拼焊。即將原來由幾塊不同厚度和不同強(qiáng)度板材分別沖壓成零部件，然后焊接成整體件的工序，改成先將不同強(qiáng)度和不同厚度的板材沖裁、焊接成整體毛坯，然后進(jìn)行整體沖壓成型。這對(duì)減輕汽車重量、減少加工工序、降低成本，提高生產(chǎn)效率、減少材料消耗都有十分重要的作用。通過激光拼焊的方法減少了原先沖壓工序次數(shù)，現(xiàn)改為一次沖壓成形，對(duì)控制板材沖壓成形廢品率起到一定的作用，但同時(shí)由于激光焊縫部位的硬化，給沖壓過程也帶來了一定的挑戰(zhàn)。其中在沖壓過程中焊縫的流動(dòng)便是其中問題之一。這就需要在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮焊縫可能的流動(dòng)現(xiàn)象，從而使其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理。圖1所示為由于模具設(shè)計(jì)未考慮到焊縫流動(dòng)現(xiàn)象而導(dǎo)致的零件沖壓開裂現(xiàn)象。 圖1 焊縫流動(dòng)導(dǎo)致的開裂從圖1可以看出，由于焊縫的流動(dòng)導(dǎo)致了焊縫的開裂。由此可見，對(duì)激光焊縫在沖壓時(shí)的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行研究有十分重要的意義。 1、實(shí)驗(yàn)材料 本次實(shí)驗(yàn)所采用的材料為冷軋鋼板，其化學(xué)成分見下表1所示。實(shí)驗(yàn)材料的厚度為0.8mm 與1.2mm 的激光拼接。表1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分 2、實(shí)驗(yàn)方法 2.1 激光焊接 對(duì)上述0.8 與1.2mm 的差厚材料進(jìn)行激光焊接，由于試驗(yàn)采用的激光束光斑直徑小和待焊鋼板較薄，在本研究中采用激光切割對(duì)其邊部進(jìn)行準(zhǔn)備，經(jīng)研究表明采用激光切割準(zhǔn)備的邊部可以滿足激光拼焊時(shí)對(duì)邊部質(zhì)量的要求。在本次試驗(yàn)中采用PRC CO2 激光器對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行激光焊接。激光焊接功率采用4000W，焊接保護(hù)氣體為氦氣，試樣激光焊接速度為3400mm/min，聚焦焦距為220mm。圖2 為激光焊接后的試樣尺寸和試件圖。 (a)拼焊板尺寸 (b)實(shí)驗(yàn)用激光拼焊板 圖2 數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)用拼焊板2.2 數(shù)值模擬和試驗(yàn)方案 對(duì)激光拼焊板進(jìn)行沖壓的拉延深度定為90mm，其成形相對(duì)高度可用h/r來表示（其中h 為成形高度，r為零件的拐角半徑），其h/r 值近似等于2。運(yùn)用DynaForm 軟件，采用方案1：普通壓邊圈和方案2：厚度變化式壓邊圈這兩種方案來模擬研究激光拼焊零件沖壓過程中的焊縫移動(dòng)、厚度變化及應(yīng)力應(yīng)變等，同時(shí)通過實(shí)際激光拼焊板零件的實(shí)沖試驗(yàn)來與模擬分析結(jié)果作比較分析。 3、討論 3.1 最大焊縫移動(dòng)和材料流動(dòng) 以垂直于初始焊縫的方向（X-X 方向）為參考方向，材料流動(dòng)、焊縫移動(dòng)均指沿此方向，若材料流動(dòng)或焊縫移動(dòng)與此方向相反，則以“－”號(hào)表示。圖3 為采用兩種方案成形仿真模擬后的材料流動(dòng)分布示意圖。圖中左側(cè)為0.8mm 厚度板料，右側(cè)為1.2mm 厚度板料。 (a)方案1下的材料流動(dòng)分布圖(b)方案2下的材料流動(dòng)分布圖 圖3 方案1和方案2的材料流動(dòng)分布圖從圖中可以看出，方案1所導(dǎo)致的厚側(cè)材料流入最少，薄側(cè)材料也以方案1流入最多，由此相應(yīng)地導(dǎo)致焊縫移動(dòng)量也是以方案1為最多。表2為兩種方案下數(shù)值模擬與實(shí)沖試驗(yàn)后焊縫上測(cè)量的各點(diǎn)移動(dòng)值。表2 兩種方案下的焊縫移動(dòng)量實(shí)驗(yàn)值和數(shù)值模擬值 從表中可以看出，采用方案1：實(shí)沖試驗(yàn)值與數(shù)值模擬值之間的誤差較大，而方案2：實(shí)沖試驗(yàn)值與數(shù)值模擬值之間的誤差較小，數(shù)值模擬能夠較為精確的預(yù)測(cè)焊縫移動(dòng)量的大? ? 3.2 薄側(cè)板料最大增厚率 激光拼焊板在沖壓過程中，起皺一般容易發(fā)生在薄側(cè)材料，因而對(duì)在本研究中兩種方案下的薄側(cè)材料最大增厚率進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，如表3所示，以求得不同方案對(duì)激光拼焊板起皺趨勢(shì)的影響程度。表3 兩種方案下薄側(cè)材料的最大增厚率 從數(shù)值結(jié)果可以看到，采用方案2 沖壓，拼焊板的最大增厚率小于方案1。這表明方案1的起皺趨勢(shì)最大，而方案2則有助于減輕起皺趨勢(shì)。 3.3 板料最大拉應(yīng)力 表4、表5分別表示在不同方案成形后激光拼焊板的最大徑向拉應(yīng)力和最大切向拉應(yīng)力。從數(shù)值結(jié)果可以看出，方案2的最大徑向拉應(yīng)力和最大切向拉應(yīng)力均小于方案1，從而可見方案2對(duì)改善焊縫流動(dòng)有一定的效果。表4 兩種方案下的最大徑向拉應(yīng)力 表5 兩種方案下的最大切向拉應(yīng)力 4、結(jié)論 (1) 數(shù)值模擬可以預(yù)測(cè)激光拼焊板沖壓過程中焊縫流動(dòng)現(xiàn)象。 (2) 對(duì)于激光拼焊板在沖壓過程中，通過對(duì)壓邊圈進(jìn)行特殊處理，能夠減少激光拼焊板板成形過程中的焊縫移動(dòng)數(shù)量，從而減輕薄側(cè)材料的起皺，減少最大拉應(yīng)力和危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)變，最終提高激光拼焊板的成形性能。