上海光机所在汽车用铝硅镀层热成形钢激光焊接方面取得新进展

上海光机所在汽车用铝硅镀层热成形钢激光焊接方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部、激光智能制造技术研发中心杨上陆研究员团队在汽车用铝硅镀层热成形钢激光拼焊研究中取得重要进展。团队提出了一种基于焊缝析出相调控，研制低成本高强钢特种焊丝的策略，实现了1500MPa级铝硅镀层热成形钢高性能激光焊接接头制备。不同于传统的“激光烧蚀+焊接”两步工艺，该研究实现了一步直接激光填丝焊接与高质量接头制备的协同优化，并系统阐明了其组织调控机理。

相关成果以“Design of welded joints for ultra-high strength steels strengthened by super-coherent short-range ordered B2 structures”为题，发表于Materials Science & Engineering A。

铝硅镀层热成形钢因兼具高强度与优良耐蚀性，是实现汽车轻量化及保护乘客安全最重要的轻量化材料，应用于汽车汽车行业40多年。然而激光焊接铝硅涂层热成型钢过程中，镀层中的铝元素进入熔池并发生偏析，导致焊接接头软化和力学性能严重下降。这一难题长期制约了铝硅镀层热成形钢结构件低成本、高可靠、高兼容激光拼焊制造。

针对上述问题，团队通过多年攻关，与材料生产厂、汽车厂及拼焊厂等上下游企业协同攻关，研究开发了一种具有独立知识产权的低成本高强钢焊丝，其核心思路是通过调控有害元素Al，使其与焊丝中添加的Ni元素形成大量短程有序B2强化结构，借助纳米级析出强化效应“变害为宝”。系统地从微观表征分析揭示了焊缝的强化机理：一方面，Ni元素的加入有效抑制了高温铁素体的生成；另一方面，B2纳米析出相自身可贡献约166 MPa的强化效果。同时，通过Mo等多合金元素的协同添加，进一步调控焊缝相变过程，获得了高强度马氏体组织，并辅以位错强化和细晶强化，最终实现了接头性能的全面提升。该策略在铝硅镀层热成形钢关键安全结构件的制造中表现出显著优势，不仅提高了接头延伸率，还使断裂位置由焊缝区转移至基材，表明接头韧性得到有效改善。本研究为新能源汽车热成形钢关键零部件及新能源汽车的发展提供了一种低成本、高可靠、多兼容的创新解决方案。

图1 焊接接头与母材拉伸性能对比

图2 焊缝各强化贡献及B2结构强化机理示意图