隨著我國《國家第六階段機動車汙染物排放標準》的逐步實施和以整車整備質量來確定耗油量且增加正面25%偏置碰撞的《乘用車燃料消耗限制》的頒佈。當前汽車工業發展的重點是在確保安全的前提下，儘可能減輕車身自重。
自2007年安賽樂米塔爾公司推出半消融鋁硅鍍層板激光拼焊技術以來，鋁硅鍍層熱成形激光拼焊板最大程度上發揮了激光拼焊板和熱衝壓工藝的輕量化的優點。該方案在現今汽車行業主要應用有等強差厚熱衝壓激光拼焊板、差強等厚熱衝壓激光拼焊板和差強差厚熱衝壓激光拼焊板的設計方案。等強差厚熱衝壓激光拼焊板因使用同一種材質的基板，所以熱衝壓工藝即根據該基板材質的熱衝壓工藝制定調試熱衝壓工藝參數即可。而差強熱衝壓激光拼焊板由硬區基板和軟區基板採用激光拼焊工藝焊接在一起，熱衝壓工藝就需要同時考慮兩種基板的熱衝壓特性制定工藝參數區間。鋁硅鍍層激光拼焊板硬區基板（22MnB5）在國內供貨的主要鋼廠有安賽樂米塔爾、蒂森克虜伯鋼鐵、新日鐵、寶鋼股份；而軟區基板（6Mn6）原材料在國內供貨的主要鋼廠有安賽樂米塔爾、蒂森克虜伯鋼鐵，寶鋼股份和新日鐵也在2019年先後推出了軟區基板。
鋁硅鍍層激光拼焊板在中國地區2019年之前一直被安賽樂米塔爾公司壟斷供應，因此對於低強基板的熱衝壓工藝參數很少被安賽樂米塔爾公司外的人員熟知。這就給國內的熱衝壓生產廠家造成了一定的障礙，據廠家生產現場人員反饋，目前鋁硅鍍層激光拼焊板熱衝壓過程中多數情況是低強基板機械性能不合格。
案例準備
以下是嘗試在生產現場未完全取得軟區基板熱衝壓指導資料的前提下快速優化差強鋁硅鍍層熱衝壓激光拼焊板的工藝關鍵參數，以使熱衝壓後激光拼焊板符合設定檢測標準。
本次案例硬區基板採用1.50mm×180mm×360mm的22MnB5 AS150，軟區基板採用1.40mm×180mm×360mm的6Mn6 AS150，採用本司的填絲激光拼焊工藝。激光拼焊板在熱衝壓前須檢測確保試板合格，熱衝壓後試板測試須到以下設定檢測標準。
熱衝壓前激光拼焊板檢測方法及要求如下。
⑴激光拼焊板平面向上使用φ20mm直徑球杯突測試機使用10kN和20mm/min速度向上頂凸，開裂位置不能平行位於焊縫上。具體杯突測試位置如圖1所示。
圖1 杯突測試位置及設備示意圖
圖2 焊縫剖面金相取樣位置及焊縫凸起要求示意圖
⑵在指定位置取焊縫剖面金相檢測焊縫區域無氣孔、夾雜、凹陷、穿孔等缺陷，焊縫凸起≤ 0.21mm。焊縫剖面檢測具體取樣位置如圖2所示。
熱衝壓後激光拼焊板檢測方法及要求如下。
⑴1.50mm 22MnB5 AS150區域：抗拉強度1300～1650MPa，屈服強度1000～1400MPa，延伸率A50≥6%，硬度410～520HV。取樣位置如圖3所示。
⑵1.40mm 6Mn6 AS150區域：抗拉強度520～700MPa，屈服強度340～470MPa，延伸率A50≥17%，硬度161～215HV。取樣位置如圖3所示。
⑶取包含焊縫位置的試樣拉伸測試，斷裂位置不在焊縫區域。取樣位置如圖3所示。
根據材質證書整理基板的化學成分如表1所示。
表1 基板的化學成分（%）
圖3 拉伸試樣和金相試樣取樣位置示意圖
首次試生產及結果
首次試生產根據熱衝壓生產廠家推薦採用三段式加熱，熱衝壓工藝為輥底爐加熱至930℃，保溫300s，10s內由輥底爐轉移至模腔內，800t壓力機保壓8s後移出模腔。
熱衝壓前激光拼焊板檢測符合試生產要求，按照以上熱衝壓生產工藝在平板模進行試生產。測試結果及數據如下。
⑴熱衝壓前激光拼焊板杯突測試開裂不在焊縫位置，判定合格。測試設備及結果如圖4所示。
⑵熱衝壓前激光拼焊板焊縫位置剖面金相未發現焊接缺陷，焊縫凸起未超出0.21mm，判定合格。金相圖片及測試結果如圖5所示。
⑶熱衝壓後硬區基板拉伸試樣1件屈服不合格，軟區基板拉伸試樣2件屈服不合格。具體測試結果如表2所示。
⑷焊縫位置拉伸試樣斷裂在軟區基板上，判定合格。具體拉伸結果如圖6、表3所示。
說明：焊縫位置拉伸試樣機械性能不做判定依據。
⑸從基板位置取金相試樣測量硬區基板硬度值均合格，軟區基板硬度值有1個數值靠近合格值未合格，其餘靠近下限合格，具體如表4所示。
圖4 杯突試驗機和部分杯突測試結果
圖5 焊縫剖面金相圖
圖6 熱衝壓後試板及拉伸斷裂位置
表2 熱衝壓後基板部位機械性能
表3 熱衝壓後焊縫位置的機械性能
表4 熱衝壓後基板位置的硬度(HV)
由以上結果可以看出，含焊縫拉伸試樣斷裂在軟區，基板硬度靠近標準下限合格，熱衝壓後硬區基板機械性能和軟區機械性能中都有屈服不合格試樣。經短暫討論分析認為，本次基板機械性能不合格可能是試製過程中馬氏體轉化不完全導致。第二輪試製將通過提升爐內加熱溫度至945℃～950℃以保證試板充分奧氏體化，增加壓機壓力至850t和延長保壓時間至10s，增強平板模與試板的接觸以最大程度上提升衝壓過程中試板的淬火降溫速率以加快並充分促進相變。
表5 基板部位熱衝壓後的機械性能
表6 焊縫位置熱衝壓後機械性能
第二輪試生產
利用首次衝壓時同批次焊接試板經使用調整後熱衝壓工藝進行試製後檢測過程及數據如下。
⑴熱衝壓後硬區基板和軟區基板機械性能均合格。具體測試結果如表5所示。
⑵焊縫位置拉伸試樣斷裂在軟區基板上，判定合格。具體拉伸結果如圖7、表6所示。
圖7 熱衝壓後試板及拉伸斷裂位置
表7 硬度測試數值(HV)
圖8 修正後的金相取樣位置及硬度分佈趨勢圖
說明：焊縫位置拉伸試樣機械性能不做判定依據。
⑶從焊縫位置取金相試樣測兩側基板硬度值均合格，數值較首次結果有上升。從包含焊縫區域位置硬度值分佈趨勢圖看，硬度由軟區向硬區呈逐步上升過渡趨勢。具體如圖8、表7所示。
案例總結
熱衝壓工藝參數經過以上優化後，熱衝壓後的試板測試合格。通常確定熱衝壓工藝參數，需要分別獲取硬區和軟區基板的相變曲線圖，然後計算出兩種基
板的重合相變區間，再結合生產使用的設備參數進行綜合比對制定出大致的熱衝壓工藝生產參數。然而由於輥底爐開停機成本都較高，為提升設備稼動率節約成本，在生產過程中如出現因材料批次不同致使出現衝壓不合格時，可以利用以上方法適當調整奧氏體化溫度和增大沖壓壓力，快速驗證出適用該批次材料的最優熱衝壓工藝參數。
張佔國，高級經理，工程師，主要負責公司技術營銷和技術創新工作，曾參與開發並改造成功了首條國產化差強鋁硅鍍層板填絲激光拼焊生產線和首條國產化等強鋁硅鍍層板填絲激光拼焊生產線，並組織開發了首個國產化一體式熱衝壓門環激光拼焊板量產工藝和生產線。曾獲寶武融合先進個人和創新驅動崗位能手稱號。
——來源：《鍛造與衝壓》 2020年第6期
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