CN104023899B - 拼焊板及其制造方法、以及使用拼焊板的热冲压部件 - Google Patents

Abstract

公开了一种拼焊板及其制造方法。通过将不同材料或厚度的板元件连接在一起来制造拼焊板，由此消除了焊接区域中的质量问题。一种利用填充焊丝通过将对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接形成的拼焊板进行热冲压而制造的热冲压部件，其中激光焊接区域具有马氏体结构。

Description

拼焊板及其制造方法、以及使用拼焊板的热冲压部件

技术领域

本发明涉及一种通过连接不同材料或厚度的板来制造的拼焊板、拼焊板的制造方法、以及利用拼焊板的热冲压部分部件。更具体地说，本发明涉及一种能够防止在焊接区域中发生质量问题的拼焊板、其制造方法、以及利用拼焊板的热冲压部件。

背景技术

车辆的相应部分根据其功能利用具有不同强度的多个部件。例如，当碰撞时用于吸收冲击的车辆部分可以利用具有相对低强度的部件，并且要求保持其形状以便确保用于乘客的生存空间的车辆部分可以利用具有相对高强度的部件。

当车辆的减震部分具有高强度时，在碰撞时减震部分将冲击转移到其它部分而不是适当地吸收冲击，由此乘客与其它车辆部分可以暴露到过度冲击。

为了实现在车辆领域中对于重量与成本减小的持续需求，单个部件根据其节段（sections）而要求具有不同的强度。

即，部件的一些节段要求具有相对高的强度以保护乘客，而部件的其它节段要求具有相对低的强度以便冲击吸收。

此部件的一个实例包括车辆的中立柱（B-pillar）。

图1是车辆的底盘与中立柱的放大立体图。

在某一汽车中，中立柱1布置在前门与后门之间并且将底盘的底面连接到顶部。

在中立柱1中，要求上部1a具有比其下部1b更高的抗张强度。根据设置为整体部件的中立柱的节段而提供不同强度的原因是因为在整体部件中存在两个节段，即当碰撞时需要保持其形状的结构节段（例如，当车辆倾覆时要求支撑车辆顶部的上部）以及需要碰撞时吸收震动的减震节段（例如，与其它车辆具有较高侧面碰撞可能性的下部）。

即，中立柱1的上部1a需要高的强度，因为当车辆碰撞时上部1a需要保持其形状以便确保安全空间以防止乘客受伤，然而中立柱1的下部1b需要相对低的强度，因为下部1b在车辆碰撞时需要变形以吸收冲击。如果中立柱1的下部1b具有与上部1a相同的高强度，那么当侧面碰撞时中立柱1的下部1b就不能吸收冲击，由此冲击可能被转移到其它结构构件。

尽管具体强度可以根据车辆的类型或形状而变化，但是中立柱1的上部1a需要约1500MPa的抗张强度，并且中立柱1的下部1b需要约500到1，000MPa的抗张强度。

在相关领域中，首先部件由低强度材料制成，并且将单独的加强材料附接到要求具有高强度的节段。此外，当整体部件根据节段要求具有不同强度时，将具有高硬化性的材料（或厚材料）与具有低硬化性的低强度材料（或薄材料）激光焊接以形成板，其后通过热冲压以形成最终产品。

通过将不同材料（或厚度）的部件激光焊接而制造的板称作为拼焊板，还可以利用涂层钢板来制造拼焊板。

当激光焊接涂层钢板时，涂层的组成材料熔融并且进入焊接区域的熔池，由此焊接区域与其基部材料相比具有不同的物理特性。

例如，当涂层是铝-硅层或锌-基层时，涂层部件在激光焊接的情况下可能进入焊接区域，由此造成焊接区域的物理特性的变差。

在相关领域中，在将涂层从要受到激光焊接的节段移除以后执行激光焊接，由此防止了涂层成分侵入焊接区域。然而，由于增加了移除涂层的过程，因此此方法造成制造成本的增加。

背景技术的一个实例是在韩国专利公开第10-2009-0005004A（2009年1月12日出版）中所公开的，标题为“用于从涂层层压板制造具有极高机械特性的焊接部件的方法”。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面是提供一种在无需将涂层从焊接区域移除的情况下在焊接区域中具有优良质量的拼焊板及其制造方法。

本发明的另一个方面提供了一种利用拼焊板的热冲压部件，其中焊接区域在热冲压以后具有马氏体结构。

技术方案

根据一个方面，本发明提供了一种制造拼焊板的方法，其包括利用填充焊丝对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接。

填充焊丝可以具有通过考虑涂层钢板的涂层的侵入焊接区域的组分而使焊接区域在从800℃到950℃的温度范围内不产生铁素体结构的组分。

涂层钢板可以包括铝-硅涂层，并且与每个涂层钢板的基部材料相比，填充焊丝可以具有更多数量的奥氏体稳定元素。这里，奥氏体-稳定元素可以包括碳或者锰。

填充焊丝的碳含量可以比涂层钢板的基部材料的碳含量按重量（wt%）高0.1%到0.8wt%，并且填充焊丝的锰含量可以比涂层金属板的基部材料的锰含量高1.5wt%到7.0wt%。

根据另一个方面，本发明提供了一种利用填充焊丝通过对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接而制成的拼焊板，其中激光焊接区域具有在从800℃到950℃的温度范围内提供奥氏体结构的组分。

焊接区域可以具有每个涂层钢板的基部材料与涂层和填充焊丝混合的组分。

根据另一个方面，本发明提供了一种利用填充焊丝通过将对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接形成拼焊板进行热冲压而制造的热冲压部件，其中激光焊接区域具有马氏体结构。

每个板元件都可以包括具有如基部材料的硬化性的硼钢板与铝-硅涂层或锌涂层，并且填充焊丝可以具有比涂层钢板的基部材料更多数量的奥氏体稳定元素。这里，奥氏体-稳定元素可以包括碳或者锰。

有益效果

根据本发明，利用设计为防止熔融涂层侵入到板的焊接区域中的填充焊丝制造拼焊板，致使在热冲压以后焊接区域具有全马氏体结构。

因此，在拼焊板的制造中，不需要移除与再涂覆涂层，由此获得成本的降低与生产率的提高。

附图说明

本发明的上述和其它方面、特征和优点将通过下面结合附图对实施方式的详细描述而变得显而易见，在附图中：

图1是车辆的中立柱与底盘结构的示意图；

图2示出了在不移除铝-硅涂层的情形下通过激光焊接形成的焊接区域的微结构和描绘了在热冲压以前与以后的焊接区域的硬度分布的曲线；

图3是根据本发明的一个实施方式的制造拼焊板的方法的图解；以及

图4是描绘根据奥氏体稳定元素的数量的增加转换曲线的变化的图表。

主要元件的具体描述

10，20：板

12，22：基部材料

14，24：涂层

30：激光束

40：填充焊丝

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的实施方式。

应该理解的是本发明不限于下面的实施方式并且可以以不同方式体现，并且给出这些实施方式是为了提供对本发明的完全公开以及向本领域中的技术人员提供对本发明的彻底的理解。本发明的范围仅通过权利要求限定。贯穿本说明书相同的部件将通过相同的附图标记表示。

首先，将要描述制造拼焊板的方法。

本发明涉及一种通过对不同材料或厚度的板元件进行激光焊接来制造拼焊板的方法，其中拼焊板根据其节段而具有不同的物理特性。具体地说，本发明旨在解决当板元件由涂层钢板制成时，在激光焊接时涂层钢板的涂层熔融并且侵入到焊接区域中的问题，由此造成焊接区域的缺陷。

当将由涂层钢板制成的板元件激光焊接在一起时，涂层钢板的涂层熔融并且侵入焊接区域中。

即，焊接区域具有基部材料与涂层钢板的涂层混合的组分，由此焊接区域具有与基部材料不同的物理特性。

特别地，当拼焊板受到热冲压时，涂层成分侵入到焊接区域中造成焊接区域的强度降低。

对于热冲压来说，拼焊板主要包括由具有硬化性的硼钢板形成的基部材料，以及形成在基部材料上的铝-硅涂层。因此，焊接区域包括焊接涂层的成分并且具有铝与硅含量增加到基部材料的铝与硅含量以上的组分。因此，在热冲压以后，焊接区域具有马氏体和铁素体共存的结构，而不是全马氏体结构。因此，由于铁素体结构与马氏体结构的共存，因此焊接区域经历了强度的减小。

本发明旨在通过考虑在对由涂层钢板制成的板元件进行激光焊接过程中熔融涂层侵入到焊接层中来设计填充焊丝的组分，以及利用设计的填充焊丝将期望的特性提供到焊接区域。

图2示出了在不移除铝-硅涂层的情形下通过激光焊接形成的焊接区域的微结构，以及描绘了在热冲压以前与以后的焊接区域的硬度分布的曲线。

如示出的，在热冲压以前（通过蓝色曲线表示），焊接区域具有比基部材料更高的硬度，并且通过焊接的受热区域具有最高的硬度。

在另一个方面，在热冲压以后（由红色曲线表示），基部材料的硬度增加，然而焊接区域的硬度减小。

因此，在热冲压以后，焊接区域的硬度（300到350Hv）变得低于基部材料的硬度（500Hv）。

表1示出了张力测试的结果，其中具有涂层的激光焊接样本受到沿着垂直于焊接线方向的张力。

表1

如可以从结果看出的，与基部材料相比焊接区域具有低的屈服强度和抗张强度，并且具有不多于基部材料的伸长率的10%的伸长率。

这由涂层的成分（铝或硅）侵入到焊接区域中引起，并且由此可以看出在热冲压以后焊接区域的硬度与强度均减小，那么在车辆碰撞时在焊接区域便有高的故障可能性。

图3是根据本发明的一个实施方式的制造拼焊板的方法的图解。

如示出的，该方法包括通过激光束30利用填充焊丝40的焊接板元件10、20，焊接板元件10、20包括基部材料12、22与形成在基部材料上的涂层14、24，使得填充焊丝40、基部材料12、22与涂层14、24的成分在焊接区域中共存。

根据本发明，控制将要熔融并且侵入到焊接区域中的填充焊丝40的组分以便调节焊接区域的组分，由此允许焊接区域具有期望的物理特性。

基部材料12、22中的每个都可以使用具有可硬化性的硼钢板，并且涂层14、24中的每个都可以使用铝-硅涂层或锌涂层。

考虑到涂层14、24侵入到焊接区域中，应该指出的是填充焊丝40具有在从900℃到950℃的范围温度内不允许铁素体结构形成在焊接区域中的组分。

即，填充焊丝40比涂层钢板基部材料的组分具有更多数量的奥氏体稳定元素，使得在不形成铁素体结构的情况下即使当熔融涂层侵入到焊接区域中时焊接区域也能具有全奥氏体结构。

图4是描绘根据奥氏体稳定元素的数量的增加转换曲线的变化的图表。

如示出的，当奥氏体稳定元素（诸如，碳、锰等）的数量增加时，温度点Ac3减小并且转换曲线变化到右边，由此使奥氏体结构环增加。

在本发明中，奥氏体-稳定元素可以包括碳或者锰。

当填充焊丝包括比基部材料更多数量的奥氏体稳定元素时，焊接区域在从800℃到950℃的热冲压温度范围内具有全奥氏体结构，并且当对焊接区域进行淬火时，全奥氏体结构转换成全马氏体结构。

换句话说，即使当涂层的成分侵入到焊接区域的熔池中时，在热冲压以后焊接区域也具有全马氏体结构，因为填充焊丝包含大量的奥氏体稳定元素。

因此，即使涂层未被移除并且涂层的成分侵入到焊接区域中，也防止了焊接区域硬度与强度的减小，因此焊接区域具有与基部材料类似的物理特性，由此防止了在碰撞时焊接区域的故障。

为了防止由于铝侵入到涂层中而在焊接区域中产生铁素体结构，填充焊丝中锰的含量比硼钢基部材料的锰含量高1.5wt%到7.0wt%。

如果锰含量低于此范围（即，低于1.5wt%），则奥氏体环便不会被放大那么多，以至于铁素体结构与奥氏体结构在从800℃到950℃的温度范围内共存于焊接区域中。此外，如果锰含量在此范围以上（即，在7.0wt%以上），则熔池具有减少的粘度与当液体-固体转换时增加的膨胀系数，在焊接区域中造成诸如形状质量变差、破裂等的问题。

此外，涂层的碳含量可以比硼钢基部材料高0.1wt%到0.8wt%。

如果碳含量低于此范围，则奥氏体环便不会被放大那么多，以至于铁素体结构与奥氏体结构在从800℃到950℃的温度范围内共存于焊接区域中。此外，如果涂层的碳含量在此范围以上，那么焊接区域的硬度与强度过度增加，在焊接区域中造成诸如在碰撞时发生故障的问题。

作为评估的结果，当SABC1470钢板各自都包括：0.22wt%的碳；0.24wt%的硅；1.19wt%的锰；0.0015wt%的磷；0.0006wt%的硫；并且在不使用填充焊丝的情况下将铁的余量与不可避免的杂质激光焊接在一起时，在张力测试的情况下焊接区域经历故障。此外，当利用含有0.6wt%的碳的填充焊丝对钢板进行激光焊接时，钢板的基部材料经历故障。

同样地，根据本发明，利用填充焊丝对由具有不同强度与厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接以提供拼焊板，其中激光焊接区域具有在从800℃到950℃的温度范围内提供奥氏体结构的组分。因此，拼焊板的焊接区域即使在热冲压以后也不遭受到强度与硬度的减小。

尽管已经在这里描述了示例性实施方式，但是本领域中技术人员应该理解的是这些实施方式仅通过举例说明给出，并且在不偏离本发明的精神与范围的情况下可以做出多种修改、变型与改变。因此，本发明的范围应该仅通过所附权利要求和其等效物限定。

Claims (4)

1.一种制造拼焊板的方法，其包括：利用填充焊丝对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接，其中，所述填充焊丝具有通过考虑所述涂层钢板的涂层的侵入焊接区域的组分而使焊接区域在从900℃到950℃的温度范围内不产生铁素体结构的组分系统，其中，每个所述涂层钢板都包括铝-硅涂层，并且与每个所述涂层钢板的基部材料的组分相比，所述填充焊丝具有更多数量的奥氏体稳定元素，所述奥氏体稳定元素包括碳或锰，并且其中

所述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％。

2.一种利用填充焊丝通过对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接而制成的拼焊板，其中，激光焊接区域具有在从800℃到950℃的温度范围内提供奥氏体结构的组分，其中，每个所述涂层钢板都包括铝-硅涂层，并且与每个所述涂层钢板的基部材料的组分相比，所述填充焊丝具有更多数量的奥氏体稳定元素，所述奥氏体稳定元素包括碳或锰，并且其中

所述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％。

3.根据权利要求2所述的拼焊板，其中，所述焊接区域具有每个所述涂层钢板的基部材料与涂层和所述填充焊丝混合的组分。

4.一种利用填充焊丝通过将对由具有不同强度或厚度的涂层钢板制成的板元件进行激光焊接形成的拼焊板进行热冲压而制造的热冲压部件，其中，激光焊接区域具有马氏体结构，其中，每个所述板元件都包括具有如基部材料的硬化性的硼钢板，以及铝-硅涂层或锌涂层，所述填充焊丝具有比所述涂层钢板的所述基部材料更多数量的奥氏体稳定元素，所述奥氏体稳定元素包括碳或锰，并且其中

所述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％。