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3MA用于車身PHS熱成形部件機械力學性能快速無損測試
2020-3-9 閱讀(1357)
| 行業需求 | |
| *，在車身結構的增強元件中使用熱沖壓成形鋼或模壓硬化鋼（PHS）可以以適當的成本顯著減輕車輛的重量。但是，熱成形PHS零件的生產也非常具有挑戰性。如今，OEM和供應商提供了多種基于定制鋼性能和適應涂層系統的PHS產品，包括整體式和補丁式坯料，定制的回火坯料（TTB），定制的焊接坯料（TWB）和定制的軋制坯料（TRB）。因此，迫切需要能夠精確監控PHS熱成形部件生產過程的方法，以將其保持在固定的目標并確保所有成形中的PHS產品都滿足高質量要求。這對于保持和提高其在市場中的競爭力對汽車行業至關重要。 | |
| PHS熱成形部件的機械性能/力學強度不會在煉鋼廠的多種工藝中進行調整，而只能在后續的熱成型中才能調整。為了滿足材料規格，必須將加熱、成型和淬火期間的所有工藝參數保持在嚴格的公差范圍內。然而，過程干擾，例如熔爐故障、壓制模具的磨損或壓制機中冷卻回路的故障，都可能影響材料質量。如果加熱的坯料在爐子和壓機之間轉移時冷卻得太快，也會導致材料性能下降。對于涂有AlSi的毛坯，在熔爐中會形成復雜的涂層結構。為了獲得期望的沖壓硬化效果和涂料附著力，該涂層結構必須滿足嚴格的規格。 | |
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| 汽車車身增強安全高強度熱成形部件示例 | |
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| 沖壓板材及汽車熱成形高強度鋼板22MnB5/15B22的抗拉強度-總伸長率分布圖 | |
| 應用技術 | |
| 自從2004年PHS熱成型部件在大規模汽車生產中開始使用以來，德國Fraunhofer IZFP無損檢測技術研究院已經研究了3MA在PHS車身零件生產中用于質量保證和過程監控的應用可能性。基于標定的3MA技術，可以無損測定PHS材料的硬度、抗拉強度/拉伸強度/抗張強度（Rm）、屈服強度/彈性極限（Rp0.2）、斷后延伸率/斷裂伸長率（A50）和均勻伸長率（Ag）的定量值、鋁硅涂層厚度等。3MA工作曲線通常是用特定鋼種校準。每種涂層類型都可以單獨校準，也可對TWB中的可硬化和不可硬化部件使用不同的校準功能。下圖顯示了22MnB5牌號鋁硅（AlSi）涂層鋼板的校準結果。通常，對于硬度和抗拉強度Rm，3MA相關性參數相對更好。 | |
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| AlSi涂層模壓淬火/熱成形鋼板（PHS）的機械性能標定結果示例：（a）拉伸強度和（b）屈服強度（c）硬度和（d）斷裂伸長率 | |
| 另一方面，實際應用表明，批次或供應商的變化對3MA校準功能沒有可檢測的影響。廣泛的AlSi涂層通常會形成具有由鐵磁性Al-Fe相組成的擴散層的涂層結構。除了鋼板基材，此擴散層還將對3MA信號產生第二貢獻，這與鋼材的信號貢獻是有區別的。 如圖所示： | |
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| 巴克豪森噪聲（BN）信號以及某種程度上的增量磁導率（IP）信號均顯示出特征性的雙峰結構。當比較涂覆的和未涂覆的片材上的測量值時，表明由鋼基底產生出現在較高磁場H處的外峰，而位于較低磁場H處的內峰是由鐵磁擴散層產生的。內峰的高度取決于該擴散層的量。因此，某些3MA測量參數與擴散層厚度（DLT）相關。此外，還有3MA測量參數，這些參數取決于3MA探頭與鋼質基材之間的空間距離。 這些參數可用于確定AlSi涂層的總厚度（TLT）。DLT和TLT的值與PHS零件的進一步加工有關，因為它們會影響可焊性和可涂性。在耗時的爐子過程中，AlSi涂層被燒入鋼中。在此期間，擴散層正在顯影。因此，DLT和TLT的值是控制熔爐中適當加工的重要措施。由于這些原因，PHS熱成形件生產商對測量這些涂層的性能也非常感興趣。如下圖校準圖所示，使用3MA可以做到這一點。精度（RMSE = 1.0um和1.7um）足以評估涂層質量。 | |
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| 在AlSi涂層的PHS中對涂層厚度進行校準的結果示例：（a）總層厚度（TLT）和（b）擴散層厚度（DLT） | |
| 3MA技術可以手動應用于PHS熱成形件生產中。此外，已經開發了基于常規或協作機器人的自動化3MA系統。同時，針對3MA技術在PHS熱成形件機械性能無損測試上的應用，3MA系列產品總代理上海量博實業有限公司隨設備交付基礎的校準數據庫，并提供專業技術支持和售后指導，為用戶調試優化和建立健全用戶適用的定制化工作曲線數據庫。工作曲線適用于所有類型的鋼件毛坯和涂層（如AlSi）以及常用的板厚。校準完成后，可以在單個測量步驟中同時確定所有校準目標量。 | |
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| 多樣化3MA熱成形件機械力學性能無損測試系統：手動和自動化 | |
| 如下左圖是在PHS部件上進行測量后重新顯示的3MA結果的屏幕截圖。測量時間僅為三秒鐘。由于3MA探針的視場直徑僅為1-2 mm，因此3MA可以用于檢查材料性能的急劇轉變，因為它們在特制回火坯料（TTB）中是先選擇的。 如下右圖所示，可以使用3MA檢測到在這種急劇轉變中硬度和其他機械性能的發展。硬度，抗拉強度Rm，屈服強度Rp0.2等的此類測量曲線無法通過常規破壞性測試方法確定。因此，3MA提供了破壞性測試無法獲得的其他信息。 | |
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| 校準的3MA系統的應用結果：（a）進行3MA單次測量后顯示的結果的屏幕截圖，以及（b）在陡峭的過渡區域中的機械性能曲線 | |
| 同時，PHS熱成形件機械力學性能測試是典型的3MA技術成熟應用領域。汽車行業幾乎所有生產PHS的OEM和供應商都在使用3MA PHS熱成形件機械性能無損測試系統。 此外，PHS熱成形件的連接始終會承受不規律的風險，從而影響相連關節的靜態和動態強度。對于PHS熱成形件焊接，3MA系統還可以提供有價值的測量信息，以確保質量和過程監控。在電阻點焊（RSW）的情況下，焊縫的強度主要由焊核的大小和質量決定。結果表明，3MA綜合無損測試技術可以精確確定焊點熔核的大小。如果應將PHS激光焊接，則鋁硅涂層可能會成為問題。因此，涂層被激光部分燒蝕。同樣，可以使用3MA技術通過確定殘留涂層的厚度來驗證哪些部分的燒蝕是成功達標的。更多相關資訊，請聯系3MA總代理上海量博實業有限公司，或訪問3MA產品信息庫。 | |
