3MA用于車身PHS熱成形部件機(jī)械力學(xué)性能快速無損測(cè)試

汽車行業(yè)需求

  眾所周知，在車身結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)元件中使用熱沖壓成形鋼或模壓硬化鋼（PHS）可以以適當(dāng)?shù)某杀撅@著減輕車輛的重量。但是，熱成形PHS零件的生產(chǎn)也非常具有挑戰(zhàn)性。如今，OEM和供應(yīng)商提供了多種基于定制鋼性能和適應(yīng)涂層系統(tǒng)的PHS產(chǎn)品，包括整體式和補(bǔ)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，迫切需要能夠準(zhǔn)確監(jiān)控PHS熱成形部件生產(chǎn)過程的方法，以將其保持在固定的目標(biāo)并確保所有成形中的PHS產(chǎn)品都滿足高質(zhì)量要求。這對(duì)于保持和提高其在全球市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力對(duì)汽車行業(yè)非常重要。

汽車車身增強(qiáng)安全高強(qiáng)度熱成形部件示例

  PHS熱成形部件的機(jī)械性能/力學(xué)強(qiáng)度不會(huì)在煉鋼廠的多種工藝中進(jìn)行調(diào)整，而只能在后續(xù)的熱成型中才能調(diào)整。為了滿足材料規(guī)格，須將加熱、成型和淬火期間的所有工藝參數(shù)保持在嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)。然而，過程干擾，例如熔爐故障、壓制模具的磨損或壓制機(jī)中冷卻回路的故障，都可能影響材料質(zhì)量。如果加熱的坯料在爐子和壓機(jī)之間轉(zhuǎn)移時(shí)冷卻得太快，也會(huì)導(dǎo)致材料性能下降。對(duì)于涂有AlSi的毛坯，在熔爐中會(huì)形成復(fù)雜的涂層結(jié)構(gòu)。為了獲得期望的沖壓硬化效果和涂料附著力，該涂層結(jié)構(gòu)須滿足嚴(yán)格的規(guī)格。

沖壓板材及汽車熱成形高強(qiáng)度鋼板22MnB5/15B22的抗拉強(qiáng)度-總伸長(zhǎng)率分布圖

應(yīng)用技術(shù)

  自從2004年P(guān)HS熱成型部件在大規(guī)模汽車生產(chǎn)中開始使用以來，德國(guó)Fraunhofer IZFP無損檢測(cè)技術(shù)研究院已經(jīng)研究了3MA在PHS車身零件生產(chǎn)中用于質(zhì)量保證和過程監(jiān)控的應(yīng)用可能性?；跇?biāo)定的3MA技術(shù)，可以無損測(cè)定PHS材料的硬度、抗拉強(qiáng)度/拉伸強(qiáng)度/抗張強(qiáng)度（Rm）、屈服強(qiáng)度/彈性極限（Rp0.2）、斷后延伸率/斷裂伸長(zhǎng)率（A50）和均勻伸長(zhǎng)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(zhǔn)。每種涂層類型都可以單獨(dú)校準(zhǔn)，也可對(duì)TWB中的可硬化和不可硬化部件使用不同的校準(zhǔn)功能。下圖顯示了22MnB5牌號(hào)鋁硅（AlSi）涂層鋼板的校準(zhǔn)結(jié)果。通常，對(duì)于硬度和抗拉強(qiáng)度Rm，3MA相關(guān)性參數(shù)相對(duì)更好。

  另一方面，實(shí)際應(yīng)用表明，批次或供應(yīng)商的變化對(duì)3MA校準(zhǔn)功能沒有可檢測(cè)的影響。廣泛的AlSi涂層通常會(huì)形成具有由鐵磁性Al-Fe相組成的擴(kuò)散層的涂層結(jié)構(gòu)。除了鋼板基材，此擴(kuò)散層還將對(duì)3MA信號(hào)產(chǎn)生疊加貢獻(xiàn)，這與鋼材的信號(hào)貢獻(xiàn)是有區(qū)別的。 如圖所示：

涂有AlSi的PHS零件的Barkhausen噪聲（BN）信號(hào)（左）和增量磁導(dǎo)率IP信號(hào)（右）： 特征性的雙峰結(jié)構(gòu)清晰可見

  巴克豪森噪聲（BN）信號(hào)以及某種程度上的增量磁導(dǎo)率（IP）信號(hào)均顯示出特征性的雙峰結(jié)構(gòu)。當(dāng)比較涂覆的和未涂覆的片材上的測(cè)量值時(shí)，表明由鋼基底產(chǎn)生出現(xiàn)在較高磁場(chǎng)H處的外峰，而位于較低磁場(chǎng)H處的內(nèi)峰是由鐵磁擴(kuò)散層產(chǎn)生的。內(nèi)峰的高度取決于該擴(kuò)散層的量。因此，某些3MA測(cè)量參數(shù)與擴(kuò)散層厚度（DLT）相關(guān)。此外，還有3MA測(cè)量參數(shù)，這些參數(shù)取決于3MA探頭與鋼質(zhì)基材之間的空間距離。
  這些參數(shù)可用于確定AlSi涂層的總厚度（TLT）。DLT和TLT的值與PHS零件的進(jìn)一步加工有關(guān)，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響可焊性和可涂性。在耗時(shí)的爐子過程中，AlSi涂層被燒入鋼中。在此期間，擴(kuò)散層正在顯影。因此，DLT和TLT的值是控制熔爐中適當(dāng)加工的重要措施。由于這些原因，PHS熱成形件生產(chǎn)商對(duì)測(cè)量這些涂層的性能也非常感興趣。如下圖校準(zhǔn)圖所示，使用3MA可以做到這一點(diǎn)。精度（RMSE = 1.0um和1.7um）足以評(píng)估涂層質(zhì)量。

  3MA技術(shù)可以手動(dòng)應(yīng)用于PHS熱成形件生產(chǎn)中。此外，已經(jīng)開發(fā)了基于常規(guī)或協(xié)作機(jī)器人的自動(dòng)化3MA系統(tǒng)。同時(shí)，針對(duì)3MA技術(shù)在PHS熱成形件機(jī)械性能無損測(cè)試上的應(yīng)用，3MA系列產(chǎn)品總代理上海量博實(shí)業(yè)有限公司隨設(shè)備交付基礎(chǔ)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供專業(yè)技術(shù)支持和售后指導(dǎo)，為用戶調(diào)試優(yōu)化和建立健全用戶適用的定制化工作曲線數(shù)據(jù)庫(kù)。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(zhǔn)完成后，可以在單個(gè)測(cè)量步驟中同時(shí)確定所有校準(zhǔn)目標(biāo)量。

多樣化3MA熱成形件機(jī)械力學(xué)性能無損測(cè)試系統(tǒng)：手動(dòng)和自動(dòng)化

  如下左圖是在PHS部件上進(jìn)行測(cè)量后重新顯示的3MA結(jié)果的屏幕截圖。測(cè)量時(shí)間僅為三秒鐘。由于3MA探針的視場(chǎng)直徑僅為1-2 mm，因此3MA可以用于檢查材料性能的急劇轉(zhuǎn)變，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔刂苹鼗鹋髁希═TB）中是推薦選擇。 如下右圖所示，可以使用3MA檢測(cè)到在這種急劇轉(zhuǎn)變中硬度和其他機(jī)械性能的發(fā)展。硬度，抗拉強(qiáng)度Rm，屈服強(qiáng)度Rp0.2等的此類測(cè)量曲線無法通過常規(guī)破壞性測(cè)試方法確定。因此，3MA提供了破壞性測(cè)試無法獲得的其他信息。

  同時(shí)，PHS熱成形件機(jī)械力學(xué)性能測(cè)試是典型的3MA技術(shù)成熟應(yīng)用領(lǐng)域。汽車行業(yè)幾乎所有生產(chǎn)PHS的OEM和供應(yīng)商都在使用3MA PHS熱成形件機(jī)械性能無損測(cè)試系統(tǒng)。
  此外，PHS熱成形件的連接始終會(huì)承受不規(guī)律的風(fēng)險(xiǎn)，從而影響相連關(guān)節(jié)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度。對(duì)于PHS熱成形件焊接，3MA系統(tǒng)還可以提供有價(jià)值的測(cè)量信息，以確保質(zhì)量和過程監(jiān)控。在電阻點(diǎn)焊（RSW）的情況下，焊縫的強(qiáng)度主要由焊核的大小和質(zhì)量決定。結(jié)果表明，3MA綜合無損測(cè)試技術(shù)可以準(zhǔn)確確定焊點(diǎn)熔核的大小。如果應(yīng)將PHS激光焊接，則鋁硅涂層可能會(huì)成為問題。因此，涂層被激光部分燒蝕。同樣，可以使用3MA技術(shù)通過確定殘留涂層的厚度來驗(yàn)證哪些部分的燒蝕是成功達(dá)標(biāo)的。更多相關(guān)資訊，請(qǐng)聯(lián)系3MA總代理上海量博實(shí)業(yè)有限公司，或訪問3MA產(chǎn)品信息庫(kù)。