在闪光后对焊（FBW）过程中，轮辋的焊接接头会出现可塑性差的缺陷，这将恶化成品的质量和生命周期。因此，对440CL高强度低合金（HSLA）钢的FBW工艺进行了物理模拟，系统评价了闪边参数对FBW接头的影响。结果表明：热影响区宽度随累积闪光余量（δf），而随着闪光速度的加快而下降（vf).再结晶水平会随着δ的增加而增强f。同时，加速度在vfWZ具有更均匀的微观结构，更高的再结晶度和更低的位错密度。
随着δ的增加，WZ中的硬度略有降低（202→195HV）f但随着v的增加，明显下降（192→177 HV）f。所有拉伸试样均在BM位置断裂，FBW接头的拉伸性能与BM的拉伸性能吻合较好，强度略有提高（UTS： 468~493MPa;YS：370~403MPa），但可塑性轻度下降（EL：39~44%;RA： 74~79%）。此外，随着δ的增加，接合强度和延性均呈下降趋势f.但随着强度的增大，延性略有下降，延性增大。这些发现将有价值的参考具有优化的微观结构和机械性能的HSLA钢的实际FBW。
作为电阻焊接技术的重要组成部分，闪光对焊（FBW）工艺广泛应用于运输和石油管道行业，包括连接铁路轨道、汽车轮辋、船舶系泊链和管线管。在FBW过程中，工件的接触面将通过重瞬态电流产生的电阻热迅速加热熔化和连接，同时一侧固定，另一侧通过可移动的夹具拧紧以进行后续的镦粗动作。一旦接触面后面的金属被充分加热以保证足够的塑性，闪光电流将被停止，可移动的夹具将施加更大的力将接触面对接在一起，以便熔融氧化物和杂质可以从接头中挤出。从理论上讲，FBW是熔炼和锻造工艺的组合，可生产出具有与母材相当的优异机械性能的焊接接头，并具有高焊接效率，良好的焊接成型性的各种优点，并且独立于额外的填充焊丝。
在过去的几十年中，随着生产技术的不断进步和安全环保意识的整体增强，汽车轻量化成为整个汽车行业关注的焦点。因此，提高材料性能、能源效率和成本效益的期望已成为汽车行业的总体目标。高强度低合金（HSLA）钢的应用在汽车轻量化行业中非常广泛且不可或缺，特别是对于卡车轮辋的应用，得益于其性能特征，包括高强度和韧性，优异的脆性断裂和耐腐蚀性。作为一种高效且常用的联合操作，FBW技术在决定汽车轮辋制造中的成型质量和使用寿命方面发挥着至关重要的作用。其中，关键焊接参数的变化是直接影响FBW接头微观结构演变和力学性能的关键因素。
在轮辋生产过程中，焊缝在焊后过程中会出现裂纹或变薄，包括膨胀和扩口，塑性差，这将降低成品的质量和生命周期。随着钢强度等级的增加，上述问题将占主导地位。本研究采用物理模拟方法研究了闪光对焊HSLA钢的微观结构和力学演变，因为它减少了工作时间和原材料，并且不会干扰现场生产。为了直观地呈现热力学循环随参数变化而变化的差异，在Gleeble3500热机械模拟器上对不同闪边参数的HSLA钢进行了FBW工艺。本研究旨在通过控制变量评价闪边余量和速度对440CL焊缝热力学循环、组织组织和力学性能的影响。
接收的微观结构由主要F（铁素体）和次要P（珠光体）组成。P带结构沿轧制方向（RD）形成，主要来源于熔融状态下的树枝状偏析和富碳，然后在轧制过程中沿RD拉伸。通过热计算软件计算的相图，将交流电1和交流电3温度估计分别为672°C和852°C。
为了准确模拟真实的焊接过程，通过距离接触面10毫米的点焊热电偶来控制热循环。在FBW过程中，样品对首先以1250 K/s的加热速率加热至250°C，然后依次进行闪蒸和翻转步骤，然后进行空气冷却。这些参数来自闪光对焊公司现场收集并由河钢集团提供的数据。
为了清楚地观察从焊缝界面区（WZ）到母材（BM）的微观组织和硬度的转变，从焊接接头垂直于焊接方向提取横截面样品，热镶嵌，用SiC纸研磨至4000粒度，使用红钻悬浮液抛光至1μm光洁度。徕卡M205A体视显微镜和徕卡MMRM光学显微镜（LOM）分别捕获了关节不同区域的横截面形貌和微观结构。使用配备电子背散射衍射（EBSD）检测器的JEOL JSM-7001F场发射枪扫描电子显微镜（SEM）进行了深入的显微镜分析，放大倍率为×250，步长为0.9μm。获得的数据由HKL Channel5软件进行后分析。显微硬度曲线由松泽Via-F自动维氏硬度计获得。通过英斯特朗8804机器以1mm/min 的应变速率和垂直于焊接方向的加载方向评估室温拉伸性能。随后，通过SEM确定断裂模式。
在焊接接头上没有检测到包括裂纹或气孔在内的宏观缺陷，这意味着焊接条件是可靠的。在这里，WZ太窄而无法准确测量;因此，仅通过HAZ的宽度变化来比较闪光参数对宏观结构的影响。极窄的WZ由保留的液态金属形成，而最液态的WZ在闪蒸阶段从接触表面飞溅而出。为了使比较更有说服力，沿焊接方向检查了上表面、中心表面和下表面等三个位置。通过测量，无论位置如何，CGHAZ和FGHAZ的宽度通常都会增加δf，这主要与较大的热输入和谷物粗化有关。
然而，CGHAZ和FGHAZ的宽度普遍减小，因为vf由于加热区变窄，加速。δf表示工件在闪蒸阶段缩短的长度，与热输入呈正相关。在适当的δ下f，在闪蒸阶段结束时，如果最佳δ，将在接头界面处形成一定深度的液体层f应用，具有足够的承受塑性变形并促进下一个翻转阶段的能力。此外，vf与高温持续时间和热输入呈负相关，但与塑性变形呈正相关。因此，只有当适当的δf和vf应用时，接头将发生适度的塑性变形，而不会明显粗化晶粒，从而导致HAZ的最小宽度。
GND的形成源于与非均匀变形相关的存储位错，这会产生剪切梯度，从而产生晶格旋转和位错集的净汉堡矢量。平均GND密度可以从局部平均定向误差计算，以进一步评估存储的能量。关于WF，如果平面生长前沿的运动减慢，它通常源于晶界铁素体。在WZ拍摄的GBMA地图如图所示。同样，与PF相比，发现在AF，BF和WF中扩散的GND密度更高。这种相似性可以归因于LAGB被视为具有某些方向的位错序列。PF晶粒内GND密度相对较低主要是因为它们在高温下经历了完全重结晶的相变，冷却速度缓慢。
然而，在其他铁氧体晶粒邻域边界的PF晶粒内区域显示出轻微的GND密度。这种位错是在AF、BF和WF形成过程中产生和积累的，在变换区发生了形状变化。因此，在PF中诱导相应的塑性变形以适应这些几何变化，从而导致位错积累。CGHAZ的微观结构与WZ非常相似，但与WZ中的8.2μm晶粒尺寸相比，PF更高，整体尺寸更细，为10.4μm。此外，据计算，LAGB在CGHAZ中的比例为61.4%，比WZ低10.9%。因此，CGHAZ中的平均GND密度被确定为2.43×1014m−2，略低于2.51×1014m−2在WZ中。这可以通过在FBW过程中WZ中发生的更高的局部峰值温度和更严重的塑性变形来解释，导致该区域的动态再结晶和位错积累比CGHAZ更多。
此外，在凝固过程中，WZ中的熔融材料将受到几乎无法收缩或膨胀的连续固体对应物之间的约束，从而引起热应力的积累并进一步堆积位错。相比之下，FGHAZ在微观结构上显示出相当大的差异，其由PF和少量AF和P组成，进一步细化的平均晶粒尺寸为7.9μm。
众所周知，FBW期间高温和严重应变的共存将迫使焊接接头经历动态再结晶。当施加更高的热输入时，再结晶处理水平会增强，这可能是由δ增加引起的f，导致HAGB比例增加，位错密度降低。样品3#（δ在WZ中检测到的平均晶粒尺寸相对较小f=10mm）可以归功于由于再结晶颗粒的进一步均匀生长而产生的较少的额外粗粒部分。
一般来说，热输入随着δ的增加而增加f和v的降低f.适当的δf应保证在闪蒸阶段结束时在整个工件的端面上形成熔融金属层，并且在一定深度可以达到塑性变形温度。如果过小δf不能满足上述要求，因此，焊接质量会受到影响。夸张的δf会造成原材料浪费和生产力下降。最佳vf应该足够快，以确保闪光灯的强度和稳定性。但是，如果vf太大，加热区会太窄，会增加塑性变形的难度。同时，在这种情况下，焊接电流会增加，导致棉绒束爆破后喷嘴深度增加，焊接接头质量下降。因此，最佳的热输入可以实现足够的金属流动和足够的塑性变形，从而有助于实现无缺陷的焊接接头。此外，最佳热输入可以产生精细的再结晶晶粒结构，并伴有足够的位错密度，以确保强度和塑性的最佳匹配。
FBW过程中产生的残余应力和微观结构异质性引起的应变定位有利于硬度的提高。子结构边界的堆积也将有助于阻碍位错的运动，因此，将归因于硬度的提高。此外，包括AF和BF发展在内的铁素体转变与硬度变化高度相关。与通常被视为完全重结晶相的PF相比，AF主要在变形PA处成核，并且已知是一种具有高强度和良好韧性的理想结构。已知在较低温度和较快冷却速率下转化的BF也比PF具有更高的位错密度和硬度。因此，δ增加f将允许更多的高温持续时间促进动态再结晶过程，导致聚变区AF和BF分数降低，并进一步导致WZ硬度下降。但是，v中的过加速f会缩小加热区，增加塑性变形的难度，从而限制AF和BF的成核，达到硬度的降低。
但随着v的推进，强度略有下降，塑性增大。这是因为在较低v的情况下，会产生较少的高位错密度的 AF/BF，但会产生更多的PF成核。f由于FBW期间加热区域变窄，导致强度降低但可塑性增加。即使平均晶粒直径以v为单位的加速度细化f，将促进再结晶软化程度和位错密度的降低，导致在强度略有牺牲的情况下提高塑性的趋势。
尽管HAZ进行了大程度的缩颈，但仍然可以发现所有拉伸样品在BM位置断裂。这是合理的，可以从两个方面来解释。一方面，BM的基本显微组织为PF和P，而焊接区主要由BF和AF组成，BF和AF的强度优于PF和珠光体，导致接头的强化和过早失效。另一方面，焊接区形成时遭受严重的塑性变形和随后的再结晶过程;因此，变形能力优于BM。
断裂机理与焊接接头在拉伸过程中存在的微孔的不同膨胀模式高度相关。由于局部塑性变形，微裂纹在第二级颗粒（即夹杂物）的界面处引发并传播。此后，在夹杂物和基体之间的局部微区域中产生内部收缩颈。当颈部达到一定程度时，会遭受撕裂或剪切性骨折，形成酒窝骨折形态。根据应力状态的不同，酒窝可分为正交断裂凹坑和剪切断裂凹陷。
在均匀分布在整个裂缝表面的法向应力的作用下，垂直于主应力的微孔向各个方向均匀生长，最终形成塑性变形小的等轴凹陷。然而，剪切和撕裂应力迫使微孔在成核和生长过程中承受不均匀的应力，导致抛物线凹陷的形成并增加塑性变形。不同闪光参数下焊接接头的拉伸断裂包含抛物线凹陷、等轴凹陷和撕裂边缘，说明断裂机理是指正常断裂和剪切断裂的混合延性断裂。
本研究对440CL HSLA钢的FBW工艺进行了物理模拟，并模拟了包括δ在内的闪蒸参数的影响。CGHAZ显示出与WZ相似的铁素体形貌，但具有更多的PF和更精细的平均尺寸。FGHAZ在微观结构上表现出相当大的差异，包括进一步细化的PF和轻微的AF和P。与WZs相比，WZ的LAGBs比例和GND密度最高，这是由于WZ的局部峰值温度较高，塑性变形更严重。
CGHAZ和FGHAZ的宽度通常随着δ的增加而增加f由于更高的热输入，并随着加速V而下降f由于加热区狭窄。随着δ的增加，WZ和CGHAZ中PF和WF的比例增加，而AF和BF的比例降低f。随着v的加速f，WZ和CGHAZ的PF含量增加，AF，BF和WF的比例降低。随着δ的推进，CGHAZ的平均晶粒径呈上升趋势，而LAGBs馏分和GND密度呈持续减小趋势f和vf。
显微硬度值在WZ处或附近达到最大值，然后向母材（~150 HV）下降。WZ中的硬度从202降低到195 HV，当δf从6毫米增加到12毫米。当vf速度从5到9毫米/秒。所有拉伸试样均在BM位置断裂，FBW接头的拉伸性能与BM的拉伸性能吻合较好，强度略有提高（UTS： 468 ~ 493 MPa;YS：370~403MPa），但可塑性轻度下降（EL：39~44%;RA： 74 ~ 79%）。此外，随着δ的增加，接合强度和延性均呈下降趋势。然而，UTS和YS略有下降，而EL和RA随着v的推进而增加。断裂机理是指正常断裂和剪切断裂的混合延性断裂。
这些发现对于为具有优化组织和力学性能的HSLA钢在FBW中的实际生产提供适当的工艺窗口具有重要的指导意义。
