CN101547768A - 由两块钢板组成的复合件和用于汽车的b柱 - Google Patents
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Abstract
本发明第一个方面涉及一种复合件，包括第一块钢板(3)，它通过焊缝(6b)与第二块钢板(4)焊接，其中，这两块钢板和连接它们的焊缝进行淬火，以及，复合件在焊缝区内有加宽(7)。本发明的另一个方面涉及一种汽车车身的B柱(1)，包括一个加强型B柱(2)，其中，加强型B柱包括第一块钢板(3)，它通过焊缝(6b)与第二块钢板(4)焊接，其中，这两块钢板用调质钢制成，并与连接它们的焊缝一样进行淬火，以及，此加强型B柱在焊缝区内有加宽(7)。
Description
本发明涉及一种由至少两块钢板组成的复合件、一种包括这种复合件的汽车车身的B柱、以及它们的制造方法。
在制造汽车车身时往往使用淬火钢板，它们必须互相焊接。为此，这些钢板可以用激光器拼合成经裁剪的焊接板坯(英文：tailored welded blanks；中文简称：拼焊板)。淬火钢另外用于满足日益严格的有关更好保护车内乘客的要求。为此目的，在汽车应获许可的各国均有标准的冲击试验，为获取许可，汽车模型在许可前必须通过这种冲击试验。在欧洲这种试验例如是按Euro-NCAP(European New Car Assessment Programme)的试验。
然而在汽车制造时不仅应力求使用坚硬的或经淬火的钢，而且还希望改善其焊接，因为，如在实验室中拉伸试验经常表明的那样，焊缝是复合件内最薄弱的部位。
若将这种认识移植于车身制造，则应力求在相互焊接的车身零件上提高焊缝的强度。
本发明的目的在于，一方面制备一种由至少两块互相焊接的高强度钢板组成的焊缝强度更高的复合件或钢板坯；另一方面在于制备一种其焊缝强度更高的B柱。
上述目的通过独立权利要求的特征达到。由从属权利要求的特征说明有利的进一步发展和其他实施形式。
本发明第一个方面涉及一种复合件，包括第一块钢板，该第一块钢板通过焊缝与第二块钢板焊接。这两块钢板用调质钢制成，并与连接它们的焊缝一样进行淬火。此复合件在焊缝区内有加宽。
所述复合件是由至少两块调质钢板组成的拼焊板或经裁剪的焊接板坯。由两块钢板组成的组件连同焊缝在内进行淬火。这意味着，不仅钢板，而且焊缝本身进行淬火。为实现这一点，实践中通过将未淬火的钢板焊在一起，然后作为整体进行淬火。钢板经过淬火达到的抗拉强度为至少800MPa。
此外，复合件在焊缝区内有加宽。通过加宽，在高拉伸和弯曲负荷时降低焊缝应力，并藉此保证，即使在最高的机械负荷时，板坯材料也不是在焊缝处而是在基本材料内开裂。这就有可能将这种复合件应用于车身制造。钢板坯在焊缝区内的加宽，应至少针对热影响区的范围实施。取决于焊缝的几何尺寸，可以在焊缝边上面和下面至少2mm的范围内选择加宽。所述加宽可以是矩形鼓突或修圆。
在上述复合件中，两块钢板淬火后是高强度钢板，亦即抗拉强度至少为800MPa的钢板。按另一种实施形式，钢板作为冷轧或热轧钢本身已经有至少800MPa的高抗拉强度特性，就此而言不再必须淬火。因此本发明另一个方面涉及一种复合件，包括第一块钢板，它通过焊缝与第二块钢板焊接，这两块钢板用抗拉强度至少800MPa的冷轧或热轧钢制成。此复合件在焊缝区内有加宽。
估计下列原因应为上述类型的钢板坯能承机械载荷以及焊缝内不开裂负责：在焊接两块钢板时钢材料熔化可导致脱碳。焊接可以是激光焊、MIG熔焊(熔化极惰性气体保护电弧熔焊)或MAG熔焊(熔化极活性气体保护电弧熔焊)熔焊，或是MIG钎焊(熔化极惰性气体保护电弧钎焊)或MAG钎焊(熔化极活性气体保护电弧钎焊)。就此而言，术语“焊缝”在本发明的框架内既指代“熔焊缝”也指代“钎焊缝”。
尽管可以采取保护措施例如使用保护气体或优化焊接参数以防脱碳，但仍然会造成脱碳，因此通过加宽钢板坯来补偿这点。由于加宽降低了焊缝或焊缝内的应力，并在承受负荷的情况下避免基本材料沿焊缝或在焊缝内流动。其结果是过载时焊缝不再是复合件的最薄弱部位。因此可易于预估复合件在这种情况下的特性并相应进行优化。因而含有上述复合件的构件，可在汽车车身内提供更高的强度。
此外，在复合件淬火时可能在焊缝处产生冷却问题。其原因是，冷却工具有时不能精确到毫米级地协调一致，并因而在焊缝区内构成小的空气间隙。在这种情况下淬火进行得不够均匀，由此使焊缝区没有得到充分淬火。焊缝区内的加宽可补偿焊缝材料的这种不能令人满意的淬火。这便允许在焊缝区内有关强度值或硬度值的加工误差选择得更大一些，这导致能经济地生产复合件并同时保证所生产的复合件具有相同使用特性。
按第二种实施形式，这两块钢板总是用一种其横断面磨片内的马氏体和/或贝氏体份额大于50％的材料制成。此复合件可以由两块互相焊接的调质钢板组成，它们接着进行淬火，或可以由具有上述抗拉强度的冷轧或热轧(以及不淬火)钢板互相焊接在一起组成。
为了确定第二块钢板的马氏体和/或贝氏体含量，取出一小段并镶嵌、打磨和腐蚀，使人们在确定时观察第二块钢板的横截面。基于各组织成分不同的腐蚀特性，可以识别各种组织成分。各组织成分是三维的，其中马氏体和/或贝氏体看起来成针状。在磨片内的面积份额凭借软件通过区别灰级确定。有时光学显微术不可能将金相照片中的份额与马氏体或贝氏体份对应起来。
按上述对于在焊缝区受极端机械负荷时复合件特性的解释性试验，焊缝不能承受足够机械负荷的疑难问题一方面在淬火钢由调质钢组成的情况时产生。调质钢可例如是22MnB5或19MnB4。另一方面钢可以由冷轧或热轧钢组成，在这里例如由双相钢、多相钢、TRIP(相变诱发塑性)钢或马氏体钢组成。
按第三种实施形式，这两块通过焊缝互相连接的钢板有不同的厚度。在现有技术中当两块钢板有不同厚度时导致应力集中在焊缝上，并因而造成较低的承受机械载荷的能力。厚度差越大，这种情况更严重。如上面说明的那样，通过复合件在焊缝处加宽，将最大应力从焊缝移开，从而在采用按本发明的上述实施形式令钢板厚度不同时，复合件在焊缝区内有更大的强度。
按另一种实施形式，这两块钢板有板厚差至少为0.5mm。在用22MnB5钢板做试验时，例如钢板厚度组合为2.0mm/1.3mm，亦即钢板厚度差为0.7mm，在使用加宽时获得良好的结果。但当钢板厚度组合为1.7mm/2.0mm时，亦即在钢板厚度差仅为0.3mm时就有小量改善。
如上面已说明的那样，复合件在焊缝区有加宽。复合件涉及形状细长和焊缝垂直于纵向(＝水平方向)的复合件，因此按另一种实施形式这意味着复合件的宽度在焊缝区加大。
按另一种实施形式，复合件，例如上段所述的复合件，涉及汽车例如轿车立柱的加强件。在这种情况下，该加强件可相对于竖直轴线由多块不同厚度的钢板制造，此时细长的焊缝水平延伸。因此加强件，例如加强型B柱，在焊缝区加宽，以便在侧向冲击的情况下保证提高抗拉强度，并由此提高车内乘客的安全性。
因此，本发明第三个方面在于制备汽车车身，例如轿车车身的B柱。它包括一个加强型B柱，包括通过焊缝与第二块钢板焊接的第一块钢板。这两块钢板由调质钢制成，并与连接它们的焊缝一样进行淬火。加强型B柱在焊缝区内有加宽。
本发明第四个方面同样涉及制备一种汽车车身的B柱。它包括一个加强型B柱，其中，加强型B柱包括通过焊缝与第二块钢板焊接的第一块钢板。这两块钢板用抗拉强度至少为800MPa的冷轧或热轧钢制成。此加强型B柱在焊缝区内有加宽。
在上段所述的B柱或与之对应的上述复合件中，可以规定，第一块钢板和第二块钢板有相同的板厚和不同的抗拉强度。在这种情况下加强型B柱用经裁剪的焊接钢板坯制造，它在生产中产生较少废料或下脚料，与此同时在不同区域具有在那里所需的强度。例如可以达到在加强型B柱的最下部有较低的强度，因此在侧向冲击时它可以朝里变形，但是在对安全具有关键性的中部区内，加强型B柱的高强度可靠地保护车内乘客。在这里钢板相同的板厚，在承载的情况下避免应力集中在焊缝上。
若第一块和第二块钢板有不同的板厚和不同的抗拉强度，则作为材料组合可例如考虑用DP(双相钢)800/TRIP(相变诱发塑性钢)1000。若希望有同样的强度，则可以选择组合DP800/DP800、DP800/TRIP800。
因此与上述实施形式相对应，按另一种实施形式，B柱的这两块钢板的材料分别采用一种其在横断面磨片中的马氏体和/或贝氏体份额大于50％的材料。在这里，这两块钢板有不同的板厚，例如板厚差至少为0.5mm。
本发明第五个方面涉及上述由至少两块钢板组成的复合件的制造，或上述B柱的制造。此方法的第一个步骤是借助焊缝连接两块用调质钢制成的钢板，第二个步骤是将在第一个步骤中形成的钢板坯退火和热加工，第三个步骤是对钢板坯实施淬火，其中，在必要时包括钢板坯裁剪步骤在内的第一个步骤中，和/或在随后的一个对淬火钢板坯实施裁剪的步骤中，在焊缝处形成加宽。
本发明的其他特征和优点，可由下面详细的说明并参见以下作为非限制性举例提供的附图看出。图中使用的附图标记不应理解为，这些附图标记应限制本发明所请求保护的范围。附图中：
图1表示轿车的B柱；以及
图2表示实施所述制造方法的流程图。
各附图中一般用相同附图标记表示同样的对象，其中图1表示设计为加强型B柱2的复合件1，它由总共三块钢板3、4和5焊接在一起组成。若加强型B柱2竖直设置，则第一条焊缝6a处于地板上方约44cm的高度。焊缝6a水平延伸以及向左和向右汇入放大表示的加宽7中。下部钢板5板厚为1.3mm，中间的钢板4板厚2.0mm。中间的钢板4在约107cm的高度通过水平延伸的焊缝6b与上部钢板3焊接。在这里同样存在不是按尺寸比例表示的加宽7。上部钢板3板厚为1.7mm。钢板3、4和5用调质钢22MnB5制成。
制造这种加强型B柱和这种复合件借助图2的流程图说明。此方法以步骤S1开始。在步骤S2，未淬火的钢板，在这里是钢板3、4和5互相焊接。在步骤S3，互相焊接而成的组件作为整体被退火和热加工。接着，在步骤S4实施淬火和裁剪并在焊缝6a和6b的区域内形成加宽7。加宽7也可以这样形成，即将热加工过程与恰当的裁剪相结合。为了制成完整的B柱，将图示的加强型B柱2定位在一个侧壁内和一个侧壁外之间(未表示)。
若包含这种加强型B柱2的汽车遭遇侧向冲击，则通过此加强型B柱2提高了焊缝6a和6b区域的强度。因此焊缝6a、6b不再意味着是B柱的最薄弱部位，此B柱2的特性可针对侧向冲击的情况优化，并由此更好地保护车内乘客。以此方式，也可以更容易满足例如按Euro-NCAP侧向冲击试验的条件。
虽然说明了上述具体的实施形式，但本领域技术人员知道，说明这些实施形式目的并不是要将本发明限制于已说明的实施形式。确切地说，本发明应包括所有落在本发明所请求保护范围内的变型设计、等同设计及替换形式。
附图标记列表
1 复合件
2 加强型B柱
3、4、5 钢板
6a、6b 焊缝
7 加宽
Claims (16)
1.一种复合件，包括第一块钢板(3)，该第一块钢板(3)通过焊缝(6b)与第二块钢板(4)焊接，其中，这两块钢板用一种调质钢制成，并与连接它们的焊缝一样进行淬火，以及，所述复合件在焊缝区内有加宽(7)。
2.一种复合件，包括第一块钢板(3)，该第一块钢板(3)通过焊缝(6b)与第二块钢板(4)焊接，其中，这两块钢板用抗拉强度至少为800MPa的冷轧或热轧钢制成，以及，所述复合件在焊缝区内有加宽(7)。
3.按照权利要求1或2所述的复合件，其中，所述两块钢板分别用一种其横断面磨片内的马氏体和/或贝氏体份额大于50％的材料制成。
4.按照权利要求1至3之一所述的复合件，其中，所述两块钢板有不同的板厚。
5.按照权利要求2所述的复合件，其中，所述第一块钢板和第二块钢板有不同的板厚和不同的抗拉强度。
6.按照权利要求1至5之一所述的复合件，其中，所述两块钢板有板厚差至少为0.5mm。
7.按照权利要求1至6之一所述的复合件，其中，该复合件有细长的形状，以及在焊缝区其宽度增大。
8.按照权利要求1至7之一所述的复合件，其中，该复合件涉及汽车的加强型立柱。
9.按照权利要求1至8之一所述的复合件，其中，该复合件涉及汽车的加强型B柱。
10.一种汽车车身的B柱(1)，包括一个加强型B柱(2)，其中，该加强型B柱包括第一块钢板(3)，后者通过焊缝(6b)与第二块钢板(4)焊接，这两块钢板用调质钢制成，并与连接它们的焊缝一样进行淬火，以及，此加强型B柱在焊缝区内有加宽(7)。
11.一种汽车车身的B柱(1)，包括一个加强型B柱(2)，其中，该加强型B柱包括第一块钢板(3)，后者通过焊缝(6b)与第二块钢板(4)焊接，这两块钢板用一种抗拉强度至少为800MPa的冷轧或热轧钢制成，以及，此加强型B柱在焊缝区内有加宽(7)。
12.按照权利要求9或10所述的B柱，其中，这两块钢板分别用一种其横断面磨片内的马氏体和/或贝氏体份额大于50％的材料制成。
13.按照权利要求10至12之一所述的B柱，其中，所述两块钢板有不同的板厚。
14.按照权利要求10所述的B柱，其中，所述第一块钢板和第二块钢板有相同的板厚和不同的抗拉强度。
15.按照权利要求10至14之一所述的B柱，其中，所述两块钢板有板厚差至少为0.5mm。
16.一种制造如权利要求1至9之一所述的由两块钢板组成的复合件或如权利要求10至15之一所述的加强型B柱的方法，包括下列步骤：
a)借助焊缝连接两块由调质钢制成的钢板(3、4)，
b)对在步骤a)中形成的钢板坯进行退火和热加工，
c)对钢板坯实施淬火，
其中，在步骤a)和/或在随后裁剪已淬火的钢板坯的步骤中，在焊缝区内形成加宽(7)。
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