【正文】 這三個(gè)測(cè)試的結(jié)果是市場(chǎng)在每個(gè)溫度圖13和圖14。許多研究人員已經(jīng)reported，激光和電子束焊接過(guò)程中可能對(duì)目前的困難owing韌性試驗(yàn)區(qū)的兩個(gè)窄融合在一起，有一個(gè)大學(xué)學(xué)位的高強(qiáng)度的高匹配接頭[ 31 ]，[ 32 ]，[ 33 ]和[ 34 ]。reported傾向，艾略特的《deviate斷裂成兩個(gè)基地，而不是金屬的熔合區(qū)propagate通CAN導(dǎo)線的兩個(gè)結(jié)果misleading [ 35 ]基本材料的結(jié)果顯示一個(gè)整體的趨勢(shì)：所吸收的能量的增加，在測(cè)試溫度的增加。相比之下，激光焊接的結(jié)果中的散射意味著任何這樣的趨勢(shì)是不明顯的?；A(chǔ)材料達(dá)到良好的韌性，吸收的能量與平均值約為70 J，95 J，97 J和105 J在?40176。C對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)溫度，?20176。C、0 C和23 C176。176。，分別。它可以發(fā)現(xiàn)從夏比沖擊試驗(yàn)結(jié)果的平均吸收的激光焊縫試樣的能量相媲美的基礎(chǔ)材料。對(duì)于激光焊接試樣的平均吸收能量值分別約為92 J，80 J，100 J和98 J在?40176。C對(duì)應(yīng)的測(cè)試溫度，?20176。C、0 C和23 C176。176。，分別。然而，有孤立的低能量吸收值66 J在?40176。C和45 J在?20176。C為激光焊接的試樣，但在這些溫度約100 J這些孤立的低韌性值貢獻(xiàn)了大量分散在吸收能量值的激光焊接試樣在測(cè)試溫度低平均值?；w材料的宏觀斷口和激光焊接試樣的沖擊試驗(yàn)后如圖15。為基料在?40176。C測(cè)試（圖15（a）），可以看出，裂紋傳播從最初的韌性缺口之前繼續(xù)通過(guò)脆性斷裂試樣的傳播。韌性斷裂的區(qū)域和隨后的脆性斷裂的區(qū)域之間的邊界清楚地是在圖15（1）。的脆性斷裂區(qū)域跨越約60%的斷裂面作為一個(gè)整體。激光焊接試樣斷裂在?40176。C（圖15（b））揭示了非常不同的兩個(gè)斷裂面：左邊的樣本提供了一個(gè)完全的韌性斷裂表面實(shí)現(xiàn)了高吸收的能量（102 J），而右邊的樣本顯示，裂紋開始傳播之前的韌性繼續(xù)傳播在脆性的方式在大多數(shù)（~ 60%）的斷裂面，和吸收的能量明顯低于這個(gè)標(biāo)本（66 J）。斷裂的基礎(chǔ)材料試件在?20176。C完整呈現(xiàn)韌性斷裂面在圖15（c）。激光焊接試樣斷裂在?20176。C測(cè)試（圖15（d））又提出了兩種非常不同的斷裂面：左邊的樣本提供了一個(gè)完全的韌性斷口（84 J），而右邊的樣本揭示了一個(gè)完全脆性斷裂面（45 J）。在0176。C和室溫下測(cè)試的基本材料和激光焊接試件在所有剩余的情況下，如圖15（電子）（小時(shí)），在所有剩余的情況下，完全韌性斷裂面。斷口的基體材料和激光焊接試樣的沖擊試驗(yàn)后，在圖16中所示的高放大倍率。解理斷裂被證實(shí)在這些基礎(chǔ)材料和激光焊接試件的斷裂與低吸收的能量在?40176。（圖16（a）和（c））。相比之下，激光焊接的試樣，獲得更高的能量吸收在?40176。C顯示韌性斷裂表面的等軸韌窩（圖16（b））。在?20176。C，無(wú)論是基礎(chǔ)材料和激光焊接的試樣，達(dá)到更高的吸收能量呈現(xiàn)韌性斷裂表面的等軸韌窩在圖16（d）和（e），而較低的能量吸收了由解理斷裂表面的激光焊接試樣（圖16（f））。所有基礎(chǔ)材料和激光焊接試樣在0176。C，在室溫下呈現(xiàn)韌性斷裂的等軸韌窩在圖16（g）–（J）。三維有限元建模的自激光焊接工藝的制定和程序這是理解激光自熔焊接SA508鋼時(shí)的微觀組織演化研究焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)的重要，這是特別是在焊接熱影響區(qū)的情況。在構(gòu)建一個(gè)數(shù)值模型來(lái)預(yù)測(cè)在不同的子區(qū)域的熱歷史，在焊接過(guò)程中，下面的假設(shè)，以簡(jiǎn)化的解決方案[ 36 ]：（1）材料是各向同性的，并且環(huán)境溫度和初始試樣的溫度均為20（2）焊接熔池中液態(tài)金屬的對(duì)流流動(dòng)和小孔激光焊接中的汽化現(xiàn)象，可以忽略。（3）在焊接過(guò)程中的熱流量是由傳導(dǎo)和對(duì)流的影響，即輻射的影響可以忽略。此外，在試樣和環(huán)境之間的界面處的對(duì)流系數(shù)可以被假定為常數(shù)。（4）由于焊接接頭的對(duì)稱性，可以應(yīng)用于對(duì)稱性，因此，只有必要的模擬焊接接頭的一側(cè)。模型尺寸為50毫米，50毫米，6毫米。圖17顯示了網(wǎng)格配置。在三維實(shí)體模型，利用ANSYS軟件生成的38337個(gè)節(jié)點(diǎn)和41040個(gè)單元（）。細(xì)網(wǎng)格中的熔合區(qū)附近的熱影響區(qū)，陡峭的溫度梯度可以預(yù)期，而較粗的網(wǎng)格被用來(lái)進(jìn)一步遠(yuǎn)離焊縫和熱影響區(qū)的坡度可能沒(méi)那么嚴(yán)重。此外，隨著距離的增加，元件的尺寸逐漸增大。在這個(gè)模型中，X軸對(duì)應(yīng)的焊接方向，Y軸是正常的焊接方向但在板的平面，和Z方向的平面外方向。使用溫度依賴性的熱性能進(jìn)行熱分析。瞬態(tài)溫度，噸，被確定為一個(gè)函數(shù)的時(shí)間，噸，和空間（，），通過(guò)求解下面的傳熱方程[ 37 ]和[ 38 ]在這里，K（t）的熱導(dǎo)率為在1 K W M??1溫度的功能，ρ（t）是密度為3的魔芋葡甘聚糖?溫度功能，CP（T）是在恒定的壓力作為一個(gè)J 1 K 1公斤??溫度函數(shù)的具體熱，和QV是WM3容積熱通量 高功率激光束是一個(gè)高度集中的熱源，熱源模型通常用于在激光束焊接的數(shù)值分析中的各種穿透深度的功率密度的變化。在許多論文[ 39 ]，[ 40 ]和[ 41 ]，熱源被假定為高斯分布的形式，但它通常是在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上修改。有一個(gè)公認(rèn)的“鑰匙孔”現(xiàn)象[ 39 ]，[ 42 ]和[ 43 ]，其中一些激光功率被吸收的離子蒸汽在鑰匙孔，并轉(zhuǎn)移到焊接熔池表面，這也是“小孔”邊界。因此，一個(gè)體積熱源模型通常用于模擬激光焊接過(guò)程。在體積熱源模型，高斯熱通量分布往往假定在徑向方向和“鑰匙孔”被認(rèn)為是一個(gè)圓柱體或截?cái)噱F[ 39 ]。在本次調(diào)查中，一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面體積熱源的溫度場(chǎng)模擬。配電遵循高斯熱流分布在每一層的旋轉(zhuǎn)拋物面。熱源可以被描述為[ 44 ]其中，Q為旋轉(zhuǎn)拋物面體積熱源點(diǎn)的功率密度，并在熱源效率，η，被認(rèn)為是在熱分析[ 38 ] 80%，澤是縱坐標(biāo)上的parboloid最大的可能值，子是這個(gè)垂直坐標(biāo)的最小可能值，H是拋物面的高度，再是拋物面的開口半徑R0的拋物面的任何一點(diǎn)的半徑，r是距離內(nèi)任意點(diǎn)旋轉(zhuǎn)拋物面體積熱源的熱源中心，P是輸出的激光功率和Z是在平面方向坐標(biāo)，相對(duì)于板，模型中的任何一點(diǎn)。所使用的材料的熱物理性能的文獻(xiàn)[ 45 ] 在熱分析過(guò)程中，對(duì)流邊界條件適用于所有自由表面的模型，除了對(duì)稱的平面，其中一個(gè)絕熱邊界條件。方程（4）給出了模擬中的熱邊界條件。在這里，T和T0在板被焊接的表面溫度和環(huán)境溫度，分別?？諝獾膶?duì)流換熱系數(shù)， [ 38 ]。為了驗(yàn)證模擬結(jié)果，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的熱循環(huán)和熔合區(qū)形態(tài)進(jìn)行了比較與那些從模擬所產(chǎn)生的預(yù)測(cè)。連續(xù)測(cè)量整個(gè)焊接過(guò)程采用K型熱電偶在激光焊接試樣的熱循環(huán)。一個(gè)squirrel2040系列數(shù)據(jù)記錄器，用于在焊接過(guò)程中的熱歷史記錄。熱電偶點(diǎn)焊在板的頂面，分別位于不同距離焊縫中心線，在垂直于焊接方向和一半沿焊縫長(zhǎng)度的線，如圖18?；诜逯禍囟鹊目臻g分布，焊縫形貌和尺寸可以預(yù)測(cè)。的純激光焊接模擬橫截面如圖19。如果假定聚變邊界對(duì)應(yīng)于約1500176。C的溫度，那么它可以看出，預(yù)測(cè)的融合邊界是大致平行的板的厚度方向，和焊縫的半寬度約為1毫米。計(jì)算出的焊縫幾何尺寸和尺寸與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。圖20給出了在試樣頂部表面點(diǎn)焊的熱電偶的位置計(jì)算的熱循環(huán)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。每個(gè)位置的峰值溫度都很好。，雖然預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的冷卻速率大于3毫米的距離的差異。似乎有低估的趨勢(shì)，冷卻速度。然而，當(dāng)預(yù)測(cè)焊接溫度場(chǎng)圖19與圖5相比較，這有一個(gè)很好的相關(guān)性計(jì)算和試驗(yàn)焊縫形狀。4討論。冶金不同分帶的微觀組織轉(zhuǎn)變熱分析的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。由此產(chǎn)生的預(yù)測(cè)模型，可以用來(lái)推斷的微觀結(jié)構(gòu)，有可能產(chǎn)生的激光焊接過(guò)程中。預(yù)測(cè)的熱循環(huán)的位置，通過(guò)板的厚度的一半，但在不同的距離，從焊縫中心線，如圖21所示。，融合區(qū)內(nèi)，而點(diǎn)在1毫米約恰逢融合線，，分別。所預(yù)測(cè)的峰值溫度在毫米，1毫米，，2100毫米，1900176。，1300176。，176。，920176。，700176。，176。C，分別為0毫米、毫米和570176。C。這些點(diǎn)的溫度超過(guò)1500 C ~176。有望熔合區(qū)內(nèi)，（母材）無(wú)固態(tài)相變的發(fā)生，因?yàn)樵谶@個(gè)位置的峰值溫度低于Ac1溫度（700176。C）。根據(jù)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（CCT）508鋼[ 23 ]圖，為形成馬氏體臨界冷卻速度為900176。C／min（15176。C/S）。根據(jù)模擬結(jié)果，在900和420176。C（馬氏體開始溫度）之間的溫度范圍內(nèi)的平均冷卻速率，在0毫米，176。c++，608176。C和246176。C /秒，分別。這些冷卻速度比馬氏體形成的臨界冷卻速度快得多。這意味著，熔合區(qū)和熱影響區(qū)幾乎肯定會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。根據(jù)仿真結(jié)果，從焊縫中心線的距離為2毫米，最高溫度約為700176。C（即AC1溫度）。這一地區(qū)可能會(huì)接近ICHAZ的外邊界。在距離焊縫中心線下2毫米，氣溫將高于700176。C，但低于800176。C（Ac3溫度）。本區(qū)（ICHAZ）只能部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的焊接熱循環(huán)過(guò)程中的。在隨后的快速冷卻過(guò)程中，任何新產(chǎn)生的奧氏體將被淬火形成馬氏體。當(dāng)馬氏體轉(zhuǎn)變停止，在這個(gè)溫度仍會(huì)ICHAZ足夠高的馬氏體自回火。然而，其他未轉(zhuǎn)化的材料（即材料不發(fā)生奧氏體化）將被保留，這可能采取的形式的過(guò)度回火鐵氧體或貝氏體。在ICHAZ的最終組織將可能包括貝氏體和馬氏體的混合了回火馬氏體，如圖7所示（一）。，峰值溫度約為920176。，根據(jù)模擬結(jié)果。，176。C和800176。這區(qū)域?qū)?yīng)FGHAZ之間。在FGHAZ峰值溫度略高于Ac3溫度（800176。C）。材料是完全重新奧氏體化在這一地區(qū)，但有限的奧氏體晶粒生長(zhǎng)由于相對(duì)較低的峰值溫度和時(shí)間很短的時(shí)間在這個(gè)溫度范圍[ 28 ]和[ 46 ]。在下面的快速冷卻過(guò)程中，這種細(xì)粒度的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，在冷卻過(guò)程中會(huì)有一定的馬氏體。在FGHAZ最終組織將馬氏體混合一些汽車回火馬氏體。的微觀結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸可以看到在圖7（乙）組織在熔合區(qū)和熱影響區(qū)的每個(gè)子帶的GTA焊接接頭幾乎相同的激光焊接接頭對(duì)應(yīng)的子區(qū)域。然而，有更多的回火馬氏體在每個(gè)子區(qū)域，由于較高的熱輸入和較慢的冷卻速率與GTA焊接和激光焊接相比。MS（馬氏體開始）SA508鋼溫度大約是420176。C和馬氏體的臨界冷卻速率約為15176。C/S [ 23 ]。該鋼的溫度相對(duì)較高，馬氏體形成的臨界冷卻速度相對(duì)較低。這可能導(dǎo)致GTA焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。冷卻速率在激光焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)經(jīng)歷了比馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度高出約20至40倍。這樣的結(jié)果是所有的熔合區(qū)和熱影響區(qū)向馬氏體轉(zhuǎn)變。具有高硬度馬氏體是在激光焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的產(chǎn)生，以及在焊接條件下，激光的熔合區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度焊縫超過(guò)一倍，相比于基體材料。這也發(fā)生在手動(dòng)自體GTA焊接接頭。這表明，508鋼的情況下預(yù)熱，GTA焊接在硬化焊接接頭激光焊接具有相同的效果。如圖7所示，從粗晶區(qū)各子區(qū)的顯微組織變化（熱）為細(xì)晶區(qū)（FGHAZ）然后一部分奧氏體化區(qū)（ICHAZ）隨著距離的增加從熔合線。晶粒尺寸的變化，因?yàn)樵诓煌淖訋У牟煌臒嵫h(huán)。在焊接條件下，在粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)變化在410 ，這是約的基礎(chǔ)材料，雙（200 ），而在ICHAZ的顯微硬度明顯低于~ 300 。鋼的強(qiáng)度和硬度之間有一個(gè)大致的比例關(guān)系，具有更高強(qiáng)度的材料，盡管這并不總是這種情況。熔合區(qū)的優(yōu)勢(shì)和熱影響區(qū)各子區(qū)主要由馬氏體碳化物沉淀在這些子區(qū)域和精細(xì)的改進(jìn)。硬度測(cè)試結(jié)果表明，焊縫金屬的屈服強(qiáng)度可以等于甚至超過(guò)的熱影響區(qū)。在焊接熱影響區(qū)的亞區(qū)的顯微硬度分布與焊后熱處理之前，在熱影響區(qū)的亞區(qū)的屈服強(qiáng)度一致，如Lee等人的工作報(bào)告。[ 12 ]在SA508鋼。他們表明，屈服強(qiáng)度超過(guò)1100兆帕的粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)，也是基料約雙屈服強(qiáng)度（500 MPa），而ICHAZ的屈服強(qiáng)度約600 MPa [ 12 ]。由于在ICHAZ材料只有部分轉(zhuǎn)化為馬氏體，在焊接過(guò)程中及其他未轉(zhuǎn)化的材料保留，對(duì)ICHAZ的屈服強(qiáng)度低于粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)的材料完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。此外，由于較高的熱輸入和較慢的冷卻速率與GTA焊接和激光焊接相比，更是自回火馬氏體在冷卻過(guò)程中，使硬度在GTA焊接接頭熔合區(qū)和熱影響區(qū)低于激光焊接接頭。當(dāng)然，我們必須牢記，SA508鋼會(huì)一直進(jìn)行焊后熱處理焊后和大多數(shù)，如果不是所有的相變硬化，將逆轉(zhuǎn)。不過(guò)值得建立在何種程度上的鋼可能脆化的激光焊接工藝，和脆化的潛力一般會(huì)在焊接條件下最大。與焊接過(guò)程中的硬化導(dǎo)致的焊接拉伸試驗(yàn)樣品的基礎(chǔ)材料，沒(méi)有任何損失的強(qiáng)度。此外，窄熔合區(qū)是激光焊接的典型特征。這兩個(gè)因素將有助于在激光焊接試樣的夏比沖擊試驗(yàn)的困難，即裂紋偏離焊縫為基料，從而誤導(dǎo)沖擊韌性的結(jié)果。一種激光焊接的夏比沖擊試樣失敗具有較低的能量吸收值（66 J）進(jìn)行測(cè)試時(shí)，在?40176。這可能由于啟動(dòng)從缺口和偏離到基體材料中裂紋的發(fā)生，然后繼續(xù)通過(guò)熱影響區(qū)傳播。此試樣的裂紋路徑可以在圖14中看到?；w材料可以吸收一定的能量，但脆性區(qū)可以吸收較少的能量在骨折。另一個(gè)激光焊接試樣失效具有更低的能量吸收值45，測(cè)試時(shí)在20?176。這可能是由于啟動(dòng)從缺口裂紋并擴(kuò)展直接通過(guò)熱影響區(qū)。斷裂路徑（通過(guò)HAZ）此標(biāo)本圖14中可以看出（D）。脆性區(qū)不能吸收太多的能量在斷裂之前。然而，還有其他兩個(gè)激光焊接試樣的斷裂具有更高的吸收能量（約100 J）在?40176。C和?20176。C，分別。這可能是由于從缺口開始的裂縫，然后直接傳播的基礎(chǔ)材料。這些激光焊接試樣的吸收的能量被發(fā)現(xiàn)要比那些在相應(yīng)的測(cè)試溫度下的基材料的更高。這可能歸因于裂紋的彎曲的傳播路徑，從而增加了該地區(qū)的斷裂面相比，從基底材料中提取的試樣，從而增加了吸收的能量。曲線的旅行路徑可以在圖14中看到（乙）和（2）。所有的標(biāo)本中提取的基礎(chǔ)材料斷裂的方式，與缺口對(duì)準(zhǔn)，與一個(gè)相對(duì)直的路徑，如圖14所示。5結(jié)論從這項(xiàng)工作中可以得出以下結(jié)論：（1）激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的可接受的焊縫焊接6毫米厚的鋼板508在較寬的范圍內(nèi)的焊接參數(shù)。焊縫無(wú)宏觀缺陷。（2）在焊接條件下，在一個(gè)6毫米厚鋼板的激光焊接SA508機(jī)械性能類似于自體GTA焊接性能。焊縫拉伸試樣斷裂在母材遠(yuǎn)離焊接區(qū)。（3）吸收能量的融合區(qū)的激光焊接被認(rèn)為是比母材，基于子尺寸夏比沖擊試樣。（4）為激光和GTA焊接試樣在熔合區(qū)和熱影響區(qū)的硬度，在焊接條件下，約為基體材料的雙，為激光焊接稍高的測(cè)量值（~ 430 ）比GTA焊接（~ 410 ）。（5）有限元模型的建立，在激光焊接過(guò)程中的冷卻速