CN103003022B - 制造定制的、待热成型的焊接扁钢制品的方法，以及相应的焊接产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造扁钢制品的方法，用该方法将不同厚度和/或材料等级的钢板或钢带（8、9）沿着通过钢板或钢带（8、9）的边棱形成的接合缝（7）彼此焊接在一起。为了实现，使这样的扁钢制品的焊缝（10）在加热至奥氏体温度的热成型过程中不会丢失通过急剧冷却得到的经淬火结构，本发明提供了，在焊接过程之前，在彼此待焊接的钢板或钢带（8、9）的至少一个焊接边棱至少局部涂覆粘性液体，特别是膏体，或者固体的、粉末状的或者气溶胶状的材料，该材料含有提高待生成焊缝（10）的强度的组分。进而，还要求保护相应地形成的扁钢制品。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造扁钢制品的方法，通过该方法，将不同厚度和/或材料等级的钢板或钢带沿着通过钢板或钢带的边棱形成的接合缝彼此焊接在一起，还涉及一种扁钢制品（半成品），其用于制造热成型的零件，并由彼此沿着焊缝焊接在一起的、不同厚度和/或材料等级钢板或钢带构成。
背景技术
在今天的现代车辆制造中，使用焊接在一起的、由不同板材厚度和/或材料等级构成的板材。这实现了使稍后形成的部件的不同位置匹配于局部负载，否则会需要额外的加强件。由此使相关部件的重量减轻。进一步，节约了制造费用。板材的连接通常作为对焊通过激光焊接进行。这样的板材称作“拼焊板”或“激光拼焊板”。通过有意地影响焊接工艺，特别是在接合工艺之后由用水对焊缝进行急剧冷却，对焊缝进行了硬化，由此降低了焊缝的易断性（避免了硬度下降）并提高了它的强度，至少调整出与母体金属同样的强度。如果将拼焊板通过热成型成型为三维零件，那么焊缝的构造由于对经焊接的半成品的热处理得到均质化。由于不利的冷却条件或成型工具和工件之间缺乏的形状配合度，会发生奥氏体至马氏体的不完全转化，并发生共析的铁素体析出，结果为相对于母体金属的硬度损失。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制造定制的、待热成型的扁钢制品的以及相应的作为半成品的扁钢制品的方法，用该方法实现了，使待连接钢板的焊缝强度相对于母体金属至少调整至同样水平，从而阻止在加热至奥氏体温度的热成型过程之后焊缝的硬度下降。
通过具有权利要求1的特征的方法，或通过具有权利要求12特征的扁钢制品（半成品）实现了该目的。
根据本发明的方法的特征在于，在焊接工艺之前在待彼此焊在一起的钢板或金属带的至少一个焊缝上至少局部地涂覆上粘性液体，特别是膏体，或者固体的、粉末状或者气溶胶状物质，该物质包括有提高待生成焊缝的强度的组分。
通过引入至少一个提高待生成焊缝强度的组分，经至少一个限定接合缝的钢板边棱，在液态焊接熔液池中有意地制造出了在化学组分上不同的、相对于连接的母体金属结构发生变化的初级结构，该结构在焊接工艺中在急剧冷却之后（例如用水进行淬火），在热成型工艺中加热之后（在奥氏体温度之上进行热处理），并在成型工艺中冷却之后（直接热成型或压制淬火），但也在间接热成型的工艺步骤中，优选具有一个比通过焊接连接上的母体金属更硬的次级结构，但是至少具有同样硬的结构。
根据本发明的扁钢制品（半成品）相应的特征在于，使它的焊缝在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后，优选具有比通过焊接相连的钢板或钢带更硬的结构，其中，该结构至少是同样硬的。
实验给出了，在激光焊接时，焊缝的强度通过将碳引入焊接熔液池而得到提高。
本发明的方法的优选的设计方案给出了，作为粘性液体使用油、特别是矿物油，和/或油脂。该含碳液体或固体、粉末状或气溶胶状物质，该至少一种提高待生成焊缝强度的组分，优选含碳的组分，可以相对廉价地获得并可非常简单地引入液体焊接熔液池。
本发明的方法的另一有利的设计方案的特征在于，作为粘性液体使用这样的液体，其中分散有石墨颗粒。以这种方式，可以使碳以可变的浓度，特别是以相对高的浓度引入液体焊接熔液池。该引入再次地可以很简单地实现，例如通过沿着接合缝引导的流体导管，并在同一焊缝上产生间隔地汇入焊接钢。流体导管原则上可以实施为抗弯的，从而使它作为机械触动件用于沿着接合缝引导焊接钢。
用至少一个提高焊缝强度的部件涂覆粘性液体可以与真正的焊接工艺时间上分离地、在不依赖于焊接装置的处理站中进行。优选使粘性液体或固体的、粉末状或气溶胶状的物质，含有至少一种提高焊缝强度的元素，优选为碳的涂覆“嵌入式地”进行，即，作为焊接装置的共同运行的或前置的处理进行。通过在焊接钢的工作点附近涂覆液体，可靠地引入了粘性液体，并尽可能避免液体损失。
鉴于有意地将提高强度的元素引入至液体焊接熔液池，以及少量消耗含有该元素的液体，有利的是，根据本发明的方法的优选的设计方案，该液体具有高粘度的或膏体状的稠度。含有提高强度的元素的液体的动力学粘度在20℃的室温下为至少50×10-6m2/s，优选至少100×10-6m2/s，特别优选至少500×10-6m2/s。
本发明的方法的另一有利的设计方案提供了，鉴于物质的碳含量这样选择液体或固体的、粉末状或气溶胶状材料，从而使焊缝在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后，优选具有这样的强度，其至少等于，优选至少以100MPa，特别优选以200MPa高于通过焊接连接的钢板或钢带的强度。
特别提供了，鉴于物质的碳含量这样选择和/或调整粘性液体或固体的、粉末状或气溶胶状材料，从而使焊缝在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后，具有这样的强度，其位于1500MPa至2000MPa，优选位于1700MPa至1900MPa范围。作为替代可以使用固体物质，例如以线的形式然而也可以使用粉末状或气溶胶状的物质，其适用于，优选提高待生成焊缝的强度。
本发明的方法的其他优选且有利的设计方案以及根据本发明的扁钢制品在从属权利要求中给出。
附图说明
下面，参照附图进一步阐明本发明。附图中：
图1以侧视图示出了激光焊接装置；
图2以立体图示出了激光焊接装置和两块对焊的钢板。
具体实施方式
在附图中示出了激光焊接机的部分，即聚焦头（处理头）2的进给装置1和与其相连的、用于涂覆粘性的、优选高度粘性的液体的引导装置3，该液体含有提高待生成的焊缝10的强度的组分，优选含有碳。该液体涉及含有碳的油脂膏体、高粘度的油（矿物油）或石墨分散系。该石墨分散系由精细磨制的、分散在油中的石墨构成。油或含碳的液体经流体管道4引导，该流体管道在焊接方向上置于激光射线6的工作点（焦点）5之前，并在接合缝7汇聚，该接合缝通过待彼此焊接在一起的钢板8、9限定。流体管道4基本上形成为抗弯的，并同时作为机械触动件和引导件起作用，用于沿着接合缝引导激光射线6。
待彼此焊接在一起的钢板8、9涉及不同材料等级和板厚的钢板或钢带。它们优选由锰-硼钢构成，例如由22MnB5型钢构成。该可调质钢具有热成型后出色的力学强度特性。由钢板8、9构成的扁钢制品（拼焊板）接着通过热成型成型为三维部件，例如成型为车辆门板。
通过以高粘度油或液体形式经钢板8、9的相邻切边将碳和/或另一提高焊缝10强度的元素引入焊接熔液池11，制成了在化学成分上相对于与其连接的钢板8、9的材料结构发生变化的初级结构。同时，优选地通过使用混合气方法混合熔焊焊缝金属。焊缝10的以这种方式发生变化的初级结构在激光焊接工艺中进行冷却（淬火）、在热成型工艺中加热至高于奥氏体温度的温度，并在接着的冷却之后具有至少硬度同等的、优选比通过焊接连接的母体金属更硬的次级结构。这适用于热成型工艺（直接压制淬火）中接着的冷却，也适用于间接热成型（间接成型淬火）。
对于油或者含碳的液体鉴于其碳含量这样进行选择和/或调整，即，焊缝10在焊接过程中急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后，具有这样的强度，其位于1500MPa至2000MPa，优选位于1700MPa至1900MPa范围。
焊缝10在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后，具有这样的强度，其至少等于，优选至少以100MPa，特别优选以200MPa高于通过焊接连接的钢板或钢带8、9的强度。为此，焊缝10中碳的质量份额提高到0.25至0.4重量%，优选提高到0.30至0.40重量%。
在焊缝10中碳含量的局部提高保留在所有的后继的热处理中，前提是焊缝10不会重新回到熔液状态。由此，通过对焊缝10的热处理，在该区域实现硬度相同的、优选更硬的结构。
为接纳更高的碳含量，在焊缝10或焊缝的限定区域更高的碳提供量造成了在生成熔液相过程中的奥氏体，由此，在焊缝10中或激光焊缝的限定区域存在用于淬火的富含碳的奥氏体，这会表现为改善的硬化。
特别是在压制几何高度复杂的部件时，成型工具的设计在形状配合的制造方面存在限定条件。在这样的情况下，有意地使焊缝的临界区域以更高的碳含量制成合金，从而在焊缝10中制成马氏体并不依赖于形状配合性和冷却速率。焊缝区域的有意的硬化（在制造完成的部件中限定出预定断裂位）可以在结构上通过本发明的方法实现。可以考虑，在应用本发明的方法时，焊缝区域的设计由于特别的负载具有特别高的强度。通过本发明的方法，提供有相对廉价的方法，来（局部地）得到焊缝10的不同的性能。
本发明的实施不限于前述实施例。还可以考虑诸多变体，可以利用本发明所附的权利要求中变化的设计。因此在本发明的范围内，为涂覆高粘度的油或高粘度含碳液体，可以代替汇聚在接合缝7的流体导管4使用涂覆辊。同样，可以实现固体物质、粉状或气溶胶状物的涂覆，由此可以在激光焊接时有意地调整焊缝的参数和性质。
Claims (20)
1.一种制造扁钢制品的方法，用所述方法将不同厚度和/或材料等级的钢板或钢带沿着通过钢板或钢带的边棱形成的接合缝(7)彼此焊接在一起，其特征在于，在焊接过程之前，在彼此待焊接的钢板或钢带(8、9)的至少一个焊接边棱至少局部涂覆粘性液体，或者气溶胶状的材料，所述材料含有提高待生成焊缝(10)的强度的组分，其中所述粘性液体或者气溶胶状的材料鉴于它们的/它的碳含量这样进行选择和/或调整，从而使所述焊缝在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后具有位于1500MPa至2000MPa范围的、并且比通过焊接相连的钢板或钢带(8、9)高至少100MPa的强度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘性液体是膏体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘性液体或者气溶胶状的材料鉴于它们的/它的碳含量这样进行选择和/或调整，从而使所述焊缝在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后具有位于1700MPa至1900MPa范围的强度。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，作为粘性液体使用油。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，作为粘性液体使用矿物油和/或油脂。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为粘性液体使用这样的液体，在其中分散有石墨颗粒。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过涂覆粘性液体或者气溶胶状的材料，所述焊缝(10)中碳的质量份额提高至0.25至0.40重量％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过涂覆粘性液体或者气溶胶状的材料，所述焊缝(10)中碳的质量份额提高至0.30至0.40重量％。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体或者气溶胶状的材料鉴于它们的/它的碳含量这样进行选择和/或调整，从而使所述焊缝(10)在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后，具有比通过焊接相连的钢板或钢带(8、9)高至少200MPa的强度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为待彼此焊接在一起的钢板或钢带(8、9)，使用由锰-硼-钢构成的钢板或钢带。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粘性液体的涂覆作为同时进行的处理步骤在焊接以外进行。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，彼此焊接在一起的钢板或钢带(8、9)在一次或数次剪边之后，通过热成型成型为三维部件。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘性液体在20℃的环境温度条件下具有至少50×10-6m2/s的动力学粘度。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述粘性液体在20℃的环境温度条件下具有至少100×10-6m2/s的动力学粘度。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述粘性液体在20℃的环境温度条件下具有至少500×10-6m2/s的动力学粘度。
16.一种扁钢制品，其用于制造热成型部件，并由彼此沿着接合缝(7)焊接在一起的、具有不同厚度和/或材料等级的钢板或钢带(8、9)组成，其特征在于，其焊缝(10)中碳的质量份额为至少0.25至0.40重量％，所述焊缝(10)在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后具有位于1500MPa至2000MPa范围的、并且比通过焊接相连的钢板或钢带(8、9)高至少100MPa的强度。
17.根据权利要求16所述的扁钢制品，其特征在于，所述焊缝(10)在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后具有位于1700MPa至1900MPa范围的强度。
18.根据权利要求16所述的扁钢制品，其特征在于，所述焊缝(10)在急剧冷却、加热至奥氏体温度以上的温度、以及重新急剧冷却之后具有比通过焊接相连的钢板或钢带(8、9)高至少200MPa的强度。
19.根据权利要求16所述的扁钢制品，其特征在于，所述焊缝(10)中碳的质量份额为至少0.30至0.40重量％。
20.根据权利要求16所述的扁钢制品，其特征在于，待彼此焊接在一起的钢板或钢带(8、9)是由锰-硼-钢构成的钢板或钢带。
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