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3MA用于车身PHS热成形部件机械力学性能快速无损测试

汽车行业需求

  众所周知,在车身结构的增强元件中使用热冲压成形钢或模压硬化钢(PHS)可以以适当的成本显著减轻车辆的重量。但是,热成形PHS零件的生产也非常具有挑战性。如今,OEM和供应商提供了多种基于定制钢性能和适应涂层系统的PHS产品,包括整体式和补丁式坯料,定制的回火坯料(TTB),定制的焊接坯料(TWB)和定制的轧制坯料(TRB)。因此,迫切需要能够准确监控PHS热成形部件生产过程的方法,以将其保持在固定的目标并确保所有成形中的PHS产品都满足高质量要求。这对于保持和提高其在全球市场中的竞争力对汽车行业非常重要。

典型的汽车车身高强度热成形零部件 PHS热成形零部件的类别

汽车车身增强安全高强度热成形部件示例

  PHS热成形部件的机械性能/力学强度不会在炼钢厂的多种工艺中进行调整,而只能在后续的热成型中才能调整。为了满足材料规格,须将加热、成型和淬火期间的所有工艺参数保持在严格的公差范围内。然而,过程干扰,例如熔炉故障、压制模具的磨损或压制机中冷却回路的故障,都可能影响材料质量。如果加热的坯料在炉子和压机之间转移时冷却得太快,也会导致材料性能下降。对于涂有AlSi的毛坯,在熔炉中会形成复杂的涂层结构。为了获得希望的冲压硬化效果和涂料附着力,该涂层结构须满足严格的规格。

UHSS和AHSS高强度热成形钢22MnB5, 15B22

冲压板材及汽车热成形高强度钢板22MnB5/15B22的抗拉强度-总伸长率分布图

应用技术

  自从2004年PHS热成型部件在大规模汽车生产中开始使用以来,德国Fraunhofer IZFP无损检测技术研究院已经研究了3MA在PHS车身零件生产中用于质量保证和过程监控的应用可能性。基于标定的3MA技术,可以无损测定PHS材料的硬度、抗拉强度/拉伸强度/抗张强度(Rm)、屈服强度/弹性极限(Rp0.2)、断后延伸率/断裂伸长率(A50)和均匀伸长率(Ag)的定量值、铝硅涂层厚度等。3MA工作曲线通常是用特定钢种校准。每种涂层类型都可以单独校准,也可对TWB中的可硬化和不可硬化部件使用不同的校准功能。下图显示了22MnB5牌号铝硅(AlSi)涂层钢板的校准结果。通常,对于硬度和抗拉强度Rm,3MA相关性参数相对更好。

抗拉强度/拉伸强度对比 屈服点/屈服强度Rp0.2对比 汽车热成形板维氏硬度对比 断后伸长率/断裂延伸率A
AlSi涂层模压淬火/热成形钢板(PHS)的机械性能标定结果示例:(a)拉伸强度和(b)屈服强度(c)硬度和(d)断裂伸长率

  另一方面,实际应用表明,批次或供应商的变化对3MA校准功能没有可检测的影响。广泛的AlSi涂层通常会形成具有由铁磁性Al-Fe相组成的扩散层的涂层结构。除了钢板基材,此扩散层还将对3MA信号产生叠加贡献,这与钢材的信号贡献是有区别的。 如图所示:

AlSi涂层板热成形件的信号特征性波形

涂有AlSi的PHS零件的Barkhausen噪声(BN)信号(左)和增量磁导率IP信号(右): 特征性的双峰结构清晰可见

  巴克豪森噪声(BN)信号以及某种程度上的增量磁导率(IP)信号均显示出特征性的双峰结构。当比较涂覆的和未涂覆的片材上的测量值时,表明由钢基底产生出现在较高磁场H处的外峰,而位于较低磁场H处的内峰是由铁磁扩散层产生的。内峰的高度取决于该扩散层的量。因此,某些3MA测量参数与扩散层厚度(DLT)相关。此外,还有3MA测量参数,这些参数取决于3MA探头与钢质基材之间的空间距离。
  这些参数可用于确定AlSi涂层的总厚度(TLT)。DLT和TLT的值与PHS零件的进一步加工有关,因为它们会影响可焊性和可涂性。在耗时的炉子过程中,AlSi涂层被烧入钢中。在此期间,扩散层正在显影。因此,DLT和TLT的值是控制熔炉中适当加工的重要措施。由于这些原因,PHS热成形件生产商对测量这些涂层的性能也非常感兴趣。如下图校准图所示,使用3MA可以做到这一点。精度(RMSE = 1.0um和1.7um)足以评估涂层质量。

铝硅涂层总厚度对比 铝硅扩散层DLT渗层厚度对比
在AlSi涂层的PHS中对涂层厚度进行校准的结果示例:(a)总层厚度(TLT)和(b)扩散层厚度(DLT)

  3MA技术可以手动应用于PHS热成形件生产中。此外,已经开发了基于常规或协作机器人的自动化3MA系统。同时,针对3MA技术在PHS热成形件机械性能无损测试上的应用,3MA系列产品总代理上海js金沙所有登入网址_js55555金沙老品牌实业js金沙所有登入网址随设备交付基础的校准数据库,并提供专业技术支撑和售后引导,为用户调试优化和建立健全用户适用的定制化工作曲线数据库。工作曲线适用于所有类型的钢件毛坯和涂层(如AlSi)以及常用的板厚。校准完成后,可以在单个测量步骤中同时确定所有校准目标量。

手动测量车身热成形部件机械性能/力学强度 自动化3MA机器人力学性能无损测试系统

多样化3MA热成形件机械力学性能无损测试系统:手动和自动化

  如下左图是在PHS部件上进行测量后重新显示的3MA结果的屏幕截图。测量时间仅为三秒钟。由于3MA探针的视场直径仅为1-2 mm,因此3MA可以用于检查材料性能的急剧转变,因为它们在特制回火坯料(TTB)中是推荐选择。 如下右图所示,可以使用3MA检测到在这种急剧转变中硬度和其他机械性能的发展。硬度,抗拉强度Rm,屈服强度Rp0.2等的此类测量曲线无法通过常规破坏性测试方法确定。因此,3MA提供了破坏性测试无法获得的其他信息。

3MA同时测量多个热成形件机械力学性能和涂层厚度 3MA PHS系统对软硬过渡区热成形件扫描测量
校准的3MA系统的应用结果:(a)进行3MA单次测量后显示的结果的屏幕截图,以及(b)在陡峭的过渡区域中的机械性能曲线

  同时,PHS热成形件机械力学性能测试是典型的3MA技术成熟应用领域。汽车行业几乎所有生产PHS的OEM和供应商都在使用3MA PHS热成形件机械性能无损测试系统
  此外,PHS热成形件的连接始终会承受不规律的风险,从而影响相连关节的静态和动态强度。对于PHS热成形件焊接,3MA系统还可以提供有价值的测量信息,以确保质量和过程监控。在电阻点焊(RSW)的情况下,焊缝的强度主要由焊核的大小和质量决定。结果表明,3MA综合无损测试技术可以准确确定焊点熔核的大小。如果应将PHS激光焊接,则铝硅涂层可能会成为问题。因此,涂层被激光部分烧蚀。同样,可以使用3MA技术通过确定残留涂层的厚度来验证哪些部分的烧蚀是成功达标的。更多相关资讯,请联系3MA总代理上海js金沙所有登入网址_js55555金沙老品牌实业js金沙所有登入网址,或访问3MA产品信息库

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