【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高强钢涂镀板焊接部件的制造，特别是涉及一种焊料、激光焊接接头及其制造方法。
技术介绍
1、在某些领域，特别是汽车、航空航天用零部件的制造中，在材料的使用上，都要求必须具有较高的防腐蚀性能，所以越来越多的表面具有镀层的材料得到应用。由于通过冷轧或热轧的方法所制造的表面涂镀铝或铝合金的钢材不仅具有较好的防腐蚀性能，而且更具有高的耐高温性能利于某些部件使用热加工的方法制造，所以表面涂镀有铝合金的钢板特别是被应用于汽车车身的制造中，应用于汽车结构件部位，例如门加强件、b柱结构件、车顶加强件等部位，特别是在具有超高强度的热冲压板件的应用，以此来达到具有较高的防腐蚀性能，减小汽车车身重量，提高碰撞吸收能量。
2、在汽车制造业中，为了降低车重，实现轻量化目标，越来越多的等厚、不等厚、同质、不同质的材料先通过焊接，然后再对焊接件进行热冲压制造，从而可以达到更好的减重效果和降低成本。而激光焊接方法是这种途径的优选方法，具有更高的质量、更高的效率和更好的灵活性，称之为“激光拼焊板”。往往是通过先对平板工件进行激光对接拼焊然后再对带有焊缝的工件进行热冲压成形淬火得到高强度全马氏体钢结构件。在进行热冲压时先对焊缝结构加热到超过钢工件ac3温度进行完全奥氏体化，由于温度较高裸板不可避免就会出现表面氧化及脱碳现象，造成最终结构性能下降；所以也需要在表面做涂镀层，而铝或铝合金镀层被广泛应用于该工艺中；以专利cn101583486b为代表的文件详细描述了该类材料。
3、但是，在制造表面涂镀有铝或铝合金的激光拼焊板时，具有很
4、专利cn101426612b、106334875a等通过预先机械方法、激光方法或其他方法去除表面的涂镀层，以此来阻止其进入焊缝，但是这种方法存在着成本高、工艺复杂等问题。
5、专利cn106392328b公开了一种在保护气体的条件下焊接铝硅镀层热成形钢的方法。该专利采用氧化性气体在焊接过程中与镀层中的铝元素结合产生三氧化二铝，三氧化二铝对焊道韧性不产生影响。但是该方案在焊接过程中，金属融化形成熔池再凝固成焊道的时间非常短，氧化性气体与铝元素的反应时间受限，未与氧化性气体发生反应的铝元素一旦进入熔池内部将会在熔池内部产生铝堆积，降低焊道韧性和强度，存在热冲压件开裂的风险。
6、专利在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。
7、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cr会导致经热冲压后拼焊板的焊缝区形成铁素体的风险，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。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。并且该焊丝具有较高含量的c元素，在焊丝生产拉拔过程中存在较大难度，极易加工硬化而出现焊丝断裂现象。
8、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，利用填充焊条在基材熔化前先利用另外一个热源对焊条先实施加热然后输送至熔化的焊缝中，来实现焊缝性能的调控，其整个过程中需要外加第二热源，同时需控制焊缝宽度至少0.15mm，且需控制焊条熔入量需占比20%以上的材料，所需焊料较多，同时多个控制过程较为复杂，外加热源也使得整个工艺成本较高，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，添加mo和cr易导致在焊缝中析出碳化物并使接头脆性增大，使性能不稳定。
9、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。
10、cn104023899b公开了针对不等厚或不等强度板填充焊丝的激光焊接方法，900-950℃不产生铁素体结构，其填充焊丝主要由碳或锰构成，填充焊丝的碳含量比所述涂层钢板的所述基部材料的碳含量高0.1wt％到0.8wt％，以及所述填充焊丝的锰含量比所述涂层钢板的所述基部材料的锰含量高1.5wt％到7.0wt％。领域内人员均知晓热成型钢的mn含量在1.0-2.5之间，即所述焊丝mn含量在2.5%至9.5%；单独依靠碳或锰元素来实现焊缝的奥氏体化时极易导致mn偏析或者c含量较高而致脆性，同时c元素密度低，需要添加较多体积的焊丝才能实现最终焊缝c元素质量相比母材的提升；而mn元素相比ni元素的奥氏体化能力差，因此也需添加较多焊丝量，会导致焊接速度降低和送丝速度变大；焊接效率和焊材消耗量加大，制造成本变高。
11、在cn 112548395 a中公布了一种激光填丝焊接用焊丝及制备方法和拼焊板工艺，该方法通过填充一种碳含量较高的焊丝，焊丝中的碳含量约为焊接母材的2.5～10倍，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。
12、在us 20210008665 a1中公布了一种涂覆钢板的焊接方法，该焊丝的碳含量的重量百分比为基材含碳量的0.80至2.28倍，过高的碳含量会使焊缝易产生裂纹和淬硬变脆，还会降低焊缝的耐腐蚀性和拼焊板的使用寿命，造成焊接接头的力学性能一致差，降低了产品质量，不适用于大批量的生产。
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【技术保护点】
1.一种激光焊接焊料，用于激光焊接接头，其特征在于，所述焊料由Fe、Mn、Ni、微量合金元素和不可避免的其他元素组成，其中，按重量百分比计满足：Mn≥15%，1.5%≤Ni≤5%，微量合金元素0~0.36%，不可避免的其他元素≤2%；微量合金元素为Nb、V、Ti元素中的至少一种，且Nb、V、Ti元素的含量均不超过0.12%。
2.一种激光焊接接头，在两张钢板母材对接进行激光焊接时，添加权利要求1所述的激光焊接焊料至熔池而形成初始焊缝，初始焊缝经淬火后形成所述激光焊接接头，其中至少一张钢板为带铝镀层或者铝合金镀层的钢板，其特征在于，所述激光焊接接头的内部板条马氏体体积分数不低于90%、Mn元素平均质量分数不低于3.2%、Al元素平均质量分数不高于1.4%、且C元素平均质量分数低于所述钢板母材C含量，所述激光焊接接头形成的最终焊缝正面余高h1及最终焊缝反面余高h2不超过0.4mm。
3.如权利要求2所述的激光焊接接头，其特征在于，所述Mn元素平均质量分数为3.2%~5.2%。
4.如权利要求2所述的激光焊接接头，其特征在于，所述板条马氏体体积分数不
5.如权利要求2所述的激光焊接接头，其特征在于，所述淬火的具体步骤为：将初始焊缝在880-980℃保温90-500s，然后通过带有快速冷却的模具或是液体介质来实现快速冷却，冷却速度≥25℃/s。
6.如权利要求5所述的激光焊接接头，其特征在于，所述快速冷却方式为平板模具冲压冷却，激光焊接接头形成的最终焊缝正面余高h1及最终焊缝反面余高h2满足，其中t1为第一钢板厚度，t2为第二钢板厚度。
7.如权利要求5所述的激光焊接接头，其特征在于，所述快速冷却方式为水冷淬火， 初始焊缝正面余高h10及初始焊缝反面余高h11满足，其中t1为第一钢板厚度，t2为第二钢板厚度，B10为初始焊缝上表面宽度，B11为初始焊缝下表面宽度。
8.一种激光焊接接头的制造方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
9.如权利要求8所述方法，其特征在于，步骤二中，所述焊料为焊丝，焊接过程中焊接速度S1和焊丝的送丝速度S0满足以下关系：，其中d为焊丝直径，d取值范围0.6-1.6mm且超过装配间隙宽度B的2倍以上，B取值范围0-0.5mm，S1不低于3m/min，B1为形成的焊缝上下表面的平均宽度，S0取值范围0.5-4.0m/min，t为两钢板平均厚度。
10.一种高强度钢工件，其特征在于，所述高强度钢工件由两张钢板母材和用于连接母材的如权利要求2-7任一项所述的激光焊接接头组成；所述高强度钢工件在进行拉伸测试时，断裂失效于母材区域，且断裂延伸率不低于5%。
...【技术特征摘要】
1.一种激光焊接焊料，用于激光焊接接头，其特征在于，所述焊料由fe、mn、ni、微量合金元素和不可避免的其他元素组成，其中，按重量百分比计满足：mn≥15%，1.5%≤ni≤5%，微量合金元素0~0.36%，不可避免的其他元素≤2%；微量合金元素为nb、v、ti元素中的至少一种，且nb、v、ti元素的含量均不超过0.12%。
2.一种激光焊接接头，在两张钢板母材对接进行激光焊接时，添加权利要求1所述的激光焊接焊料至熔池而形成初始焊缝，初始焊缝经淬火后形成所述激光焊接接头，其中至少一张钢板为带铝镀层或者铝合金镀层的钢板，其特征在于，所述激光焊接接头的内部板条马氏体体积分数不低于90%、mn元素平均质量分数不低于3.2%、al元素平均质量分数不高于1.4%、且c元素平均质量分数低于所述钢板母材c含量，所述激光焊接接头形成的最终焊缝正面余高h1及最终焊缝反面余高h2不超过0.4mm。
3.如权利要求2所述的激光焊接接头，其特征在于，所述mn元素平均质量分数为3.2%~5.2%。
4.如权利要求2所述的激光焊接接头，其特征在于，所述板条马氏体体积分数不低于92%。
5.如权利要求2所述的激光焊接接头，其特征在于，所述淬火的具体步骤为：将初始焊缝在880-980℃保温90-500s，然后通过带有快速冷却的模...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨上陆，王艳俊，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：
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