一种用于涂层钢板激光拼焊的焊料及激光拼焊方法技术

一种铝硅涂层钢的激光拼焊方法，包括以下步骤：选择钼含量较高的焊丝；取两块具有铝硅涂层(4)的钢板(1,2)：实施对接激光填丝拼焊；焊后进行热冲压。该方法无需去除涂层，仅通过填充焊丝就能够实现铝硅涂层钢的拼接。经热冲压后，其焊接接头与母材强韧性一致，提高了产品的质量和生产效率，还涉及该方法使用的焊丝和形成的焊接区。和形成的焊接区。和形成的焊接区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种用于涂层钢板激光拼焊的焊料及激光拼焊方法


[0001]本专利技术涉及激光焊接领域，具体为一种用于涂层钢板激光拼焊的焊料，以及使用该焊料的激光拼焊方法，通过该激光拼焊方法所获得的焊缝。

技术介绍

[0002]随着汽车数量的不断增多，能源短缺、环境污染和温室效应等一系列问题日益突出。人们倡导绿色环保、节能减排的主题愈发强烈，同时也对汽车的安全性和能耗提出更高的要求。车辆设计既要保证汽车安全可靠，又要节能减排。实现这两个目标最重要的途径就是在保证车体的刚度和强度的前提下，对车身进行减重。据统计，若汽车重量降低10％，燃油效率能够提高6％～8％，油耗可降低7％。铝硅涂层钢经热冲压后的抗拉强度可达1500MPa及以上，成为车身轻量化材料主力军，广泛应用于车身的A柱、B柱、横梁等结构件的制造。
[0003]为避免在热冲压过程发生氧化，通常在热成型钢表面会预制涂层。铝硅涂层凭借其优异的抗腐蚀性能和抗高温氧化性能，成为涂层钢的常用涂层。由于铝硅涂层的存在，严重恶化焊接性能。传统的焊接方法很难保证焊接质量。激光焊接具有热影响区小，接合强度好，生产效率高等优点，成为铝硅涂层钢焊接的首选方法。但也存在不足，采用激光焊接时，涂层会入焊缝，在热冲压成形后产生较多的铁素体组织，使焊接接头在焊缝区域失效，降低焊接接头的力学性能，不能满足生产应用。尤其对于1500MPa级别及以上的铝硅涂层热成形钢，想要实现抗拉强度和延伸率达到母材水平是非常困难的。
[0004]在CN101426612 B中公布一种铝硅涂层钢的去除涂层的焊接方法，利用钢丝刷或激光去除涂层，避免涂层中的Al元素对焊缝的影响，获得良好的焊接质量。但是该方法是通过去除涂层来实现的，一般还需要进行去除涂层后的检测。对于实际生产当中，由于使用其他设备来进行去除涂层及检测，使得生产成本和工序显著增加。
[0005]在CN111050980 A中公布了一种震荡激光填丝焊接加压淬火锰硼钢的焊接方法，利用震荡激光束对基材和焊丝进行加热熔化，获得高质量的拼焊板。但是该方法是利用震荡焊接头的光学镜组实现激光束的震荡。震荡焊接头的价格昂贵，在激光震荡焊接过程中，熔池与焊丝间的作用的稳定性降低，易产生较大的飞溅。
[0006]在CN104023899 B中公布了一种拼焊板及其制造的方法，在激光焊接过程中，通过填充较高的C、Mn元素的焊丝，促进奥氏体的转换，达到提高焊接接头力学性能的目标。该方法在一定程度上改善了焊接的质量，但是较高的C、Mn元素会使焊缝易冷脆性和时效敏感性增大，还会降低焊缝的耐腐蚀性和拼焊板的使用寿命。
[0007]在CN111065486 A中公布了一种激光拼焊板的方法和装置，在激光焊接过程中，通过在焊丝表面上涂覆一层石墨颗粒，填充到熔池当中，提高焊接质量。在该方法中，由于焊接过程中有保护气体和压缩空气及其他因素的干扰，石墨颗粒很难均匀的填充到熔池中，焊缝的力学性能在一定程度下有影响。涂覆石墨颗粒的装置要求精度控制较高，焊接过程复杂。
[0008]在CN106457465 B中公布了一种激光焊接预涂覆片状金属的方法，通过两束激光组合对板材进行焊接。一束散射激光束作用对涂层进行烧熔，同时进行吹气，将熔融金属吹离；另外一束聚焦激光束进行加热熔化板材形成焊接接头，改善焊接接头的力学性能。在该方法中，由于采用散射激光束烧熔涂层和高压气体的吹送，显著增加了生产成本和工序，还降低了生产效率，焊接过程过于复杂。
[0009]在WO2015086781A1中公布一种双点激光焊，在激光焊接过程中通过填充金属粉末作为填充材料，金属粉末按重量百分比计具有以下组成：C：0
‑
0.03％、Mo：2.0
‑
3.0％、Ni：10
‑
14％、Mn：1.0
‑
2.0％、Cr：16
‑
18％和Si：0
‑
1.0％，其余为铁。填粉焊接工艺很难保证焊缝的成形的一致性和力学性能，而且在焊接过程中易受到其他条件干扰，不适用于大批量的生产。
[0010]在CN 106488824 B中公布了一种接合两个坯件的方法，通过填充焊丝焊接，焊丝由包括下列重量百分比的成分的不锈钢合金制成：0％
‑
0.3％的碳，0％
‑
1.3％的硅，0.5％
‑
7％的锰，5％
‑
22％的铬，6％
‑
20％的镍，0％
‑
0.4％的钼，0％
‑
0.7％的铌以及余量的铁和不可避免的杂质。在该方法中，采用激光和弧焊混合焊接时，热输入增大，增加板材热变形的几率，不利于薄板的拼接。而且激光与弧焊混合焊接二者焊接速度受到限制，降低生产效率。
[0011]在CN 111432975 A中公布通过填充一种由下列重量百分比的成分的焊丝：0.03％的碳，0.5％的硅，1.8％的锰，20.5％的铬，25％的镍，4.7％的钼，小于0.05％的硫，小于0.05％的磷，1.6％的铜。使用该焊丝作为填充材料时，高含量的镍会导致经热冲压后拼焊板的焊缝区形成较多奥氏体，造成焊接接头的力学性能下降，无法保证产品的质量，存在较高的焊接接头的失效风险。较高含量的铜会增加焊缝的热脆性，不利于热冲压成形。尤其是热冲压后拼焊板的热影响区具有高失效风险。
[0012]在CN 112368105 A中公布一种利用填充丝对涂覆的钢坯件进行激光焊接，所述焊丝包括镍、铬、碳元素，按重量百分比分别为1.68
‑
10.48％，0
‑
2.70％，0.91
‑
2.00％，该焊丝高含量的碳会导致拼焊区的碳含量过高，降低塑性和冲击性性能，且过高的碳含量会使焊缝易产生裂纹，还会降低焊缝的耐腐蚀性和拼焊板的使用寿命。且该拼焊板的焊接接头的淬透性和耐腐蚀性较差。
[0013]在CN 108025400 A中公布一种用于由具有铝基或铝硅基镀层的可淬火钢半成品板的激光焊接方法，在该方法中填充一种含有Cr和Mo之和的重量百分比为0.5至2.0，Ni的重量百分比为1至4，低含量的Cr元素导致拼焊板的焊接接头的耐腐蚀性能差，降低使用寿命，低含量的Mo元素导致拼焊淬透性较差，降低了拼焊板的质量和一致性。而且使用该种焊丝的激光功率需求较大，高于7kW，显著提高了焊接成本。
[0014]在CN 104994989 A中公布一种填充一种由下列重量百分比的成分的焊丝：0.05
‑
0.15％的碳，0.5
‑
2.0％的硅，1.0
‑
2.5％的锰，0.5
‑
2.0铬和钼，1.0
‑
4.0％的镍，以及余量的铁和不可避免的杂质。该焊丝含有较低铬、钼元素，使用该焊丝作为填充焊丝获得的焊接接头的淬透性和抗腐蚀性能较差，且无法保证在高温热处理过程中完全抑制铁素体的影响，增加了焊接接头的在焊缝和热影响区的失效风险。
[0015]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于涂层钢板激光拼焊的焊料，其特征在于：所述焊料含有Mo、Cr、Ni，其中Mo含量为0.5～12重量％，Mo、Cr、Ni含量满足数学式(1)：Mo+Ni＜Cr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)上式中Mo、Ni、Cr分别为所述焊料中各元素的重量百分比。2.根据权利要求1所述的焊料，其特征在于：所述焊料中Mo含量为1～10重量％。3.根据权利要求1或权利要求2所述的焊料，其特征在于：所述焊料中碳含量的重量百分比为所述涂层钢板中碳含量的重量百分比的0.02～0.5倍。4.根据权利要求1所述的焊料，其特征在于：所述焊料为金属丝焊接材料。5.根据权利要求4所述的焊料，其特征在于：所述金属丝直径为0.4～2mm，拉伸强度为400～1200MPa。6.根据权利要求5所述的焊料，其特征在于：所述金属丝拉伸强度为450～1000MPa。7.一种涂层钢板激光拼焊方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：提供两块厚度分别为t1、t2的涂层钢板作为焊接母材，且t1≥t2；提供根据权利要求1至6中任一项所述的焊料(6)作为填充焊料；S2：将所述两块涂层钢板固定在焊接台上，形成待焊区域(7)；S3：采用激光束(11)加热熔化所述待焊区域(7)，形成熔池(14)；同时送料装置(9)向熔池(14)输送焊料(6)，所述焊料(6)在所述激光束(11)和熔池(14)的热能共同作用下熔化，填充到熔池(14)中；所述熔池(14)冷却后形成焊缝(5)；S4：对焊接后形成的拼焊板进行热冲压。8.根据权利要求7所述的激光拼焊方法，其特征在于：所述焊料(6)与具有t1厚度的钢板的表面或与其共面的x
‑
y平面接触时，所述焊料(6)的轴线末端中心点在具有t1厚度的钢板的表面或与其共面的x
‑
y平面上具有投影点(19)，所述投影点(19)与激光束光斑(13)的中心位置(18)的距离为d1，d1满足数学式(2)：0≤d1≤r1+r2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)上式中r1为光斑的半径(mm)，r2为焊料的半径(mm)。9.根据权利要求7所述的激光拼焊方法，其特征在于：当两块涂层钢板厚度相等，即t1＝t2时，激光束(11)的入射方向和焊料(6)的送料方向形成的平面与x
‑
z平面平行。10.根据权利要求7所述的激光拼焊方法，其特征在于：当两块涂层钢板厚度t1＞t2时，激光束(11)的入射方向和焊料(6)的送料方向均由垂直钢板的表面向厚度为t2的钢板方向发生偏移，所述激光束(11)的入射方向和焊料(6)的送料方向所在的平面与x
‑
z平面形成偏移夹角(21)，所述偏移夹角(21)为0～40
°
。11.根据权利要求10所述的激光拼焊方法，其特征在于：所述偏移夹角(21)为5～15
°
。12.根据权利要求10所述的激光拼焊方法，其特征在于：所述焊料(6)的轴线末端中心点在具有t1厚度的钢板的表面或与其共面的x
‑
y平面上具有投影点(32)，所述投影点(32)与具有t1厚度的钢板的待焊边缘位置(22)处的水平距离为d2，d2满足数学式(3)：0≤d2≤3
·
r2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)上式中r2为焊料的半径(mm)。13.根据权利要求7所述的激光拼焊方法，其特征在于：所述焊料(6)直径为0.4～2mm，所述焊料(6)的送料方向与钢板表面或x
‑
y平面形成的送料角度(8)为20～70
°
，干伸长为2
～30mm。14.根据权利要求7所述的激光拼焊方法，其特征在于：所述待焊区域(7)具有小于焊料(6)直径的50％的间隙宽度。15.根据权利要求7所述的激光拼焊方法，其特征在于：所述涂层钢板的涂层由金属合金层(15)和金属间化合物合金层(16)组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：许伟，杨上陆，陶武，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：