激光技术运用于热冲压技术链

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  欧盟、美国乃至其他一些国家正在不断要求经过立法来降低汽车的温室气体排放量,对汽车行业来讲,其面对的要求明显减少和降低产品重量的压力极大增加,这已演变成一个寰球性的走向。同时,对特性和功能和碰撞安全性的需求也不断增加。

  曩昔为满足这些需求,已极大增加了汽车的重量。在解决这些相互矛盾的要求的同时,还要考虑花费,这对研发来讲是一个挑战,钢铁行业正在经过研发新产品乃至改进加工技术,来推动于应付这一挑战。

  在曩昔的十年中,热冲压车身部件技术已从一种小众技术发展为当前应用高强度钢来减重所不可或缺的技术。经过将这一技术运用于高强度钢,让车辆重量明显减少和降低。当然,钢铁制作商在锰硼钢领域的研发工作是一个先决条件。

  新的挑战

  从消费者角度来看,愈来愈广泛地使用这些锰硼钢及其改进的涂层普遍会对热冲压技术链特别是对激光技术提出各种全新的挑战。与以前使用的冷冲压钢相比较,锰硼钢所需要的加工条件不同,其不同的特性取决于每处理步调的碳含量,特别是在热量的影响下,需要相对应的技术发展。

  这涉及到使用激光器,从生产焊接锰硼钢板坯料(也就是Hotform坯料)开始。这些坯料由激光焊接生产,以不同的材料厚度大量制作,也可以与其他钢种组合。从冶金的角度来看,必必要提到因含碳量高和快速冷却而由马氏体产生引发的硬化效应。但是,这种硬化并不会给后续的热冲压处理带来粉碎性影响,因为炉内温度高于奥氏体化温度(AC3)乃至随后的冲压过程当中模具的冷却速度,导致在全部部件生成平均的马氏体微观结构,包括激光焊接(图1)。不过,尽人皆知,边沿整理、几何精准度和涂层是激光焊接品质的主要。

  在上述热冲压钢的状况下,人们在炉中使用高熔点的铝硅(AS)涂层来保护钢。但是,这给激光焊接金属矿床带来不利影响,所以必须在焊接技术以前移除涂层。在这种状况下,激光器已被证明是一个成功的高能率工具。在生产设备中,调Q激光器可以将涂层从坯料边沿完全移除。另外,激光诱导等离子体光谱(LIPS)技术被用在品质监控。在这个过程当中,脉冲长度在纳秒规模内的Nd : YAG激光器轰击要去除涂层的坯料区域,并使用光谱法剖析所产生的金属蒸汽等离子体以测定铝的含量。另外一个可行的方法是在随后的激光焊接技术中监测焊接等离子体。

  其他途径

  除了上述Hotform 坯料使用,热冲压其他方面也在不断发展,以满足碰撞所要求的功能强度。相干的技术包括定制的回火(在模具中的冷却速度是改变的)和炉技术(模压淬火技术容许有不同的初始温度)。这两个技术会在部件中产生不同的微观结构区域(图2)。

  另外一种方法是在热冲压以之后产生这些不同的微观结构区域。其长处在于极大增加了部件建设的自由度。实现方法包括硬化未硬化的微观结构区域和软化已硬化的微观结构区域。在一个由德国联邦教育与研讨部赞助的名为“经过部分热处理薄板材以提升产生和功能特性”的项目中,这已被感到技术和激光技术有效地证明。激光材料处理选用线性二极管激光器,这种激光器也用在硬化高碳工具钢。这种建设能实现优良的3D功能和高表面处理速度。

  在热冲压技术链下流的步调中,在大大多状况下需要对部件进行裁剪。因为传统机器微调操控中的高硬度和相对应的高耐磨特性,所以应当在未硬化的微观结构区域进行这种操控。在以往这种操控普遍不可行,但激光作为一个“无磨损”的工具已被广泛证明是成功的,尽管产量比较低。在其他应用比如切割坯料大小中,和使用机器压力相比较,使用激光进行裁剪有好多优势:

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