一种高强钢的激光焊接及热处理方法技术

本发明专利技术公开一种高强钢的激光焊接及热处理方法。包括以下步骤：选择具有奥氏体稳定化元素的焊料作为填料；将两块高强钢板装夹固定在焊接工作台上，对待焊区实施激光焊接，同时向熔池进行输送填料；将焊后的钢板放置850～1100℃的加热炉中，保温2～30min，然后以任意冷却方式冷却至室温。热处理后的焊接接头的熔合区具有优良的力学性能的马氏体微观结构。合区具有优良的力学性能的马氏体微观结构。合区具有优良的力学性能的马氏体微观结构。

【技术实现步骤摘要】
一种高强钢的激光焊接及热处理方法


[0001]本专利技术涉及一种高强钢的激光焊接及热处理方法，能够明显抑制铁素体的产生，获得具有优良力学性能的奥氏体和马氏体微观组织，能够显著提高焊接接头的力学性能，获得与母材抗拉强度和延伸率一致的焊接接头，且具有极佳的耐腐蚀性和耐磨性。

技术介绍

[0002]随着汽车轻量化产业的发展，高强钢板的需求日益增多。高强钢的抗拉强度一般高于500MPa，具有强度高、韧性好等优点。采用高强钢进行车身制造是在保证强度和安全的条件下降低汽车能耗的主要措施。铝硅涂层22MnB5钢是一种高强钢，经900～950℃热冲压成形后能够获得全马氏体的工件，强度高达1500MPa。由于其高强度和高硬度，它被广泛用于汽车车身的防撞结构部件，例如A柱，B柱，横梁等车身结构件。
[0003]为避免在热冲压过程发生氧化和脱碳，通常其上、下表面会镀有铝硅涂层。在激光焊接过程中，涂层会熔化进入焊缝，使得熔合区产生较多的铁素体，严重恶化焊接接头的力学性能。为了提高焊接质量，通常在焊前采用机械剥离、激光烧蚀等方式去除表面涂层，再进行焊接。这些方法可以防止涂层进入到熔合区中，但也带来了工序和成本的增加。
[0004]在CN 101426612 B中公布一种铝硅涂层钢的去除涂层的焊接方法，通过在焊前使用钢丝刷或激光对涂层进行去除，阻止涂层中的Al元素进入焊缝，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CN 104023899 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。
[0006]在CN 106475683 B中公布的一种铝硅涂层热成型钢的激光拼焊方法，在焊前在两块钢板的间隙填充金属镍或金属铬，焊接过程金属镍或金属铬熔入焊缝中，抑制脆性Al-Fe金属化合物的形成，获得了纯马氏体组织，从而提高焊缝质量。但该方法的焊接效率太低，且对接间隙控制的要求很高，才能保证填充的金属镍或金属铬在焊缝中能够均匀分布。
[0007]在CN 106488824 B中公布了一种接合两个坯件的方法，通过填充不锈钢焊丝，提高了焊接接头的拉伸性能。该方法获得的其焊接接头的抗拉强度低于1500MPa。
[0008]针对现有技术存在的问题，本领域的技术人员致力于开发一种无需去除铝硅涂层，就能够实现铝硅涂层钢的等强韧性的激光焊接及热处理方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术是鉴于现有技术中存在的问题，目的是在于抑制铁素体的产生，确保熔合区经热处理后能够形成具有优良的力学性能的奥氏体和马氏体组织，获得与母材抗拉强度和延伸率一致的焊接接头，且具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，实现高效、高质量的焊接。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0011]一种高强钢的激光焊接及热处理方法，其特点在于：选择具有奥氏体稳定化元素的焊料作为填料；将两块高强钢板装夹固定在焊接工作台上；对待焊区实施激光焊接，同时向熔池进行输送填料；焊后进行热处理；所述热处理后焊接接头的熔合区微观组织以面积计马氏体占比高于90％，奥氏体占比低于10％。
[0012]优选的，所述热处理后焊接接头的熔合区微观组织以面积计马氏体占比高于95％，奥氏体占比低于5％。
[0013]优选的，所述马氏体的形态包括板条状马氏体和树枝状的马氏体。
[0014]优选的，所述树枝状的马氏体与板条马氏体的面积比例为1％-80％。
[0015]优选的，所述树枝状的马氏体被板条马氏体包围。
[0016]优选的，所述金相组织形态是在二维金相组织图下观测到的。
[0017]优选的，所述热处理后焊接接头的熔合区的元素重量百分比如下：0.01-10％的锰，0.01-15％的镍，0.01-25％的铬，余量为高强钢和填料中含有的Fe及其他元素。
[0018]优选的，所述热处理后焊接接头的熔合区的元素重量百分比如下：0.1-5％的锰，0.1-10％的镍，0.1-18％的铬，余量为高强钢和填料中含有的Fe及其他元素。
[0019]优选的，所述填料包括粉末、箔片或焊丝。
[0020]优选的，所述高强钢至少一个表面设置有铝或铝合金的涂层，所述涂层由所述钢基材与铝和铝合金的涂层之间的相互扩散产生，所述涂层整体的厚度小于70μm。
[0021]优选的，所述涂层整体的厚度为5-60μm。
[0022]优选的，所述钢板装夹方式包括拼接、角接或搭接。
[0023]优选的，所述激光束发射器包括光纤激光器、固体激光器、半导体激光器、气体激光器。
[0024]优选的，所述激光束的行走轨迹包括摆动和不摆动两种模式，其中摆动轨迹包括顺时针、逆时针、“Z”字型、“∞”形状，正弦、余弦。
[0025]优选的，所述热处理方法包括以下步骤：(a)将焊后的钢板放置850～1100℃的加热炉中，保温2～30min；(b)将经步骤a处理后的钢板转移进行淬火，冷却至室温。
[0026]优选的，所述钢板在淬火前的温度不能低于500℃，且冷却速度高于35℃/s。
[0027]Mn、Ni元素能够稳定奥氏体，Cr能够增强焊缝的抗腐蚀能力，并且使熔合区在加热保温的过程中抑制铁素体的生成，获得全奥氏体相。
[0028]具有一定量的奥氏体稳定化元素，能够使在热处理的过程中一部分奥氏体得到稳定，不发生相变，冷却至常温时保留下来，最终获得具有优良力学性的马氏体和少量奥氏体的微观结构的焊接接头。
[0029]本专利技术相对于现有的铝硅涂层钢焊接方法主要有以下几点优势。
[0030]1)焊前无需去除涂层，且能够降低板材装夹精度，能够实现高效、高质量焊接。
[0031]2)能够明显抑制焊缝中的铁素体的产生，冲压后的焊接接头具有优良力学性能的马氏体和奥氏体的结构，大幅提高焊接接头的力学性能，获得与母材强韧性一致的焊接接头。
[0032]3)焊接接头具有极佳的耐磨性和耐腐蚀性。
附图说明
[0033]通过下文参考附图给出的说明可以更好地理解本专利技术，该说明仅作为举例给出并且不具有限制性。在附图中：
[0034]图1为本专利技术提供的激光焊接及热处理方法的工艺流程图；
[0035]图2为对比例激光自熔焊经热处理后的熔合区2000倍下的金相组织电镜图；
[0036]图3为本专利技术实施例填充具有奥氏体稳定化元素的焊丝热处理前熔合区2000倍下的金相组织电镜图；
[0037]图4为本专利技术实施例填充具有奥氏体稳定化元素的焊丝热处理后熔合区500倍下的金相组织电镜图；
[0038]图5为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强钢的激光焊接及热处理方法，其特征在于：选择具有奥氏体稳定化元素的焊料作为填料；将两块高强钢板装夹固定在焊接工作台上；对待焊区实施激光焊接，同时向熔池进行输送填料；焊后进行热处理；所述热处理后焊接接头的熔合区微观组织以面积计马氏体占比高于90％，奥氏体占比低于10％。2.根据权利要求1所述的高强钢的激光焊接及热处理方法，其特征在于：所述马氏体的形态包括板条状马氏体和树枝状的马氏体。3.根据权利要求2所述的高强钢的激光焊接及热处理方法，其特征在于：所述树枝状的马氏体与板条状马氏体的面积比例为1％-80％。4.根据权利要求1-3任一所述的高强钢的激光焊接及热处理方法，其特征在于：所述热处理后焊接接头的熔合区的元素重量百分比如下：0.01-10％的锰，0.01-15％的镍，0.01-25％的铬，余量为高强钢和填料中含有的Fe及其他元素。5.根据权利要求1-3任...

【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：