CN104096972A - 降低冷硬态含磷if钢激光焊缝断带率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低板厚为0.8～1.8mm的冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法，该方法包括如下步骤：1)激光焊接：将钢板头、尾通过激光焊连接起来，用于激光焊接的激光焊接器的功率2000～5000W，焊接速度为3～20m/min；所述激光焊接器的焊接头上未设置有用于高频感应加热装置；2)焊接后进行热处理：在激光焊接器的出口设置有高频感应线圈，所述高频感应线圈的长度比焊缝长0～100mm；焊接后，用高频感应线圈对焊缝及焊缝长度方向两边各至少100mm的范围进行热处理。本发明通过在激光焊接后再进行热处理，同时降低焊缝和母材的强度及硬度，且焊缝的强度和硬度降低幅度大于母材的降低幅度，使焊缝区域母材的强度和硬度低于焊缝，从而大幅减少了焊缝断带率。

Description

降低冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法
技术领域
本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种降低冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法。
背景技术
IF钢(即无间隙原子钢)是自20世纪70年代以来随真空冶炼技术发展而出现并得到工业化生产的新一代深冲钢板，含磷IF钢主要是利用磷的固溶强化作用提高钢的强度。由于其较低的屈服强度和非常高的塑性应变比值，使得这种钢板具有优良的超深冲压性能，广泛用于制作车身内、外板及车身结构件等，因而受到了汽车、机械等许多工业生产部门的欢迎。
含磷IF钢冷轧后处于冷硬态，为了使钢板性能达到要求，一般要进行退火处理。采用连续退火处理时，须将钢板头、尾通过激光焊连接起来。实际生产过程中，发现冷硬态含磷IF钢的激光焊缝，在进行连续退火处理时断带率较高，大大超过激光焊机的设计断带率。由于在炉内发生断带，需要停炉、降温，需要人工进入炉内进行手工焊接，不仅施工环境恶劣，对人体健康造成极大的损害，而且停机也大幅地降低了生产效率。
目前，降低断带率的方法主要为填丝、焊前热处理或焊后热处理。对于连退激光焊接机组则都是采用焊后热处理的方式：即沿焊缝方向，在紧邻激光焊接头后面安装高频(即频率范围为40～200KHz)感应加热装置，在焊接的同时对焊缝进行退火热处理。这种方式属于去应力退火，对于普通钢种能够改善焊缝力学性能，降低断带率，但对于含磷IF钢的激光焊缝则没有效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法，以解决目前板厚为0.8～1.8mm的含磷IF钢激光焊缝在炉内断带率高，需要停炉、降温，进行手工焊接的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
1)激光焊接：将钢板头、尾通过激光焊连接起来，用于激光焊接的激光焊接器的功率2000～5000W，焊接速度为3～20m/min；所述激光焊接器的焊接头上未设置有用于高频感应加热装置；
2)焊接后进行热处理：在激光焊接器的出口设置有高频感应线圈，所述高频感应线圈的长度比焊缝长0～100mm；焊接后，用高频感应线圈对焊缝及焊缝长度方向两边各至少100mm的范围进行热处理；其中，热处理时间≤1min时，1100℃≤热处理温度≤1400℃；1min＜热处理时间≤2min时，1000℃≤热处理温度＜1100℃；2min＜热处理时间≤3min时，800℃≤热处理温度＜1000℃。
进一步地，所述步骤1)中，焊接速度为3～5m/min。
进一步地，所述步骤2)中，所述高频感应线圈的长度比焊缝长50～100mm。
现有技术在焊接的同时进行退火处理，由于焊接速度较高，退火加热装置的功率受限，焊缝温度一般不会很高，保温时间较短，只能起到消除焊接应力的作用。对于一般钢种而言，由于焊接时焊缝冷却速度较快，易于出现淬火组织，焊缝的强度、硬度高于母材；特别是激光焊缝，由于焊接线能量更小，焊缝的强度和硬度应该更高。因此消除焊接应力退火可提高焊缝的综合机械性能。但本发明的发明人研究发现，对于含磷IF钢，由于磷的强化作用，冷轧后钢板强度、硬度更高；而焊接后，焊缝强度、硬度大幅降低；并且由于磷与铁生成的磷化铁分布在晶界，导致焊缝很脆。由于在进入后道工序要进行反复弯曲，而焊缝两边母材强度高于焊缝，变形全部由较脆的焊缝承担，因此容易在焊缝处断裂。如果继续采用现有技术中通过提高焊缝的强度和硬度至焊缝两边母材的强度和硬度以上，以使在反复弯曲时，焊缝保持不变形，母材发生变形，从而使焊缝不断裂的方法，就需要大幅提高焊缝强度和硬度。由于含磷IF钢的母材强度和硬度较大，提高焊缝的强度和硬度较为困难。本发明则是在发现上述问题的情况下，通过在激光焊接的同时不进行退火处理，而在焊接后再进行热处理，通过控制热处理的温度和时间在合适的范围，同时降低焊缝和母材的强度及硬度，且焊缝的强度和硬度降低幅度大于母材的降低幅度，最终使得焊缝区域母材的强度和硬度低于焊缝的强度和硬度，从而大幅减少了焊缝断带率。
附图说明
图1为焊缝区进行常规热处理后的拉伸断裂试验结果示意图。
图2为焊缝区进行常规热处理后的焊缝区域显微硬度分布示意图。
图3为焊缝区按本发明方法进行热处理后的拉伸断裂试验结果示意图。
图4为焊缝区按本发明方法进行热处理后的焊缝区域显微硬度分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的降低板厚为0.8～1.8mm的冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法，包括如下步骤：
1)激光焊接：将钢板头、尾通过激光焊连接起来，用于激光焊的激光焊接器的功率2000～5000W，焊接速度为3～20m/min；所述激光焊接器的焊接头上未设置有用于高频感应加热装置；
2)焊接后进行热处理：在激光焊接器的出口设置有高频感应线圈，所述高频感应线圈的长度比焊缝长0～100mm；焊接后，用高频感应线圈对焊缝及焊缝长度方向两边各至少100mm的范围进行热处理；其中，热处理时间≤1min时，1100℃≤热处理温度≤1400℃；1min＜热处理时间≤2min时，1000℃≤热处理温度＜1100℃；2min＜热处理时间≤3min时，800℃≤热处理温度＜1000℃。
实施例1
本实施例中，冷硬态含磷IF钢板厚0.8mm，激光焊接器的功率为2000W，焊接速度为3m/min。焊接后焊缝区进行热处理所用的高频感应线圈的长度比焊缝长100mm，热处理的时间为1分钟，热处理的温度为1100℃。
金相检测结果表明焊缝硬度为195HV，母材硬度为155HV(见图4)，焊缝的显微硬度明显高于母材；拉伸断裂发生在母材(见图3)，焊缝强度高于母材。焊缝反复弯曲断裂时的次数为19次，母材反复弯曲断裂时的次数为18次。
实施例2
本实施例中，冷硬态含磷IF钢板厚1.4mm，激光焊接器的功率为3000W，焊接速度为3m/min。焊后焊缝区进行热处理所用的高频感应线圈的长度比焊缝长50mm，热处理的时间为2分钟，热处理的温度为1000℃。
金相检测结果表明焊缝硬度180HV，母材硬度140HV，焊缝的显微硬度明显高于母材，拉伸断裂发生在母材，焊缝强度高于母材。焊缝反复弯曲断裂时的次数为20次，母材反复弯曲断裂时的次数为17次。
实施例3
本实施例中，冷硬态含磷IF钢板厚1.6mm，激光焊接器的功率为4000W，焊接速度为5m/min，焊后焊缝区进行退火热处理所用的高频感应线圈的长度与焊缝等长，热处理的时间3分钟，热处理的温度800℃。
金相检测结果表明焊缝硬度175HV，母材硬度135HV，焊缝的显微硬度明显高于母材；拉伸断裂发生在母材，焊缝强度高于母材。焊缝反复弯曲断裂时的次数为20次，母材反复弯曲断裂时的次数为16次。
对比例1
本对比例中，高频感应线圈紧邻安装在激光焊接器的焊接头的后面，高频感应线圈随同激光焊接器的焊接头同时运动，相对于本发明实施例2，该对比例的热处理和焊接同时完成，其他工艺条件与实施例2相同。
金相检测结果显示焊缝的硬度210HV，母材硬度250HV，可见焊缝的显微硬度明显低于母材(图2)；拉伸断裂发生在焊缝(图1)，可见焊缝强度低于母材；焊缝反复弯曲断裂时的次数仅为1～3次，远低于母材的反复弯曲次数(16～18次)。
通过对比例可以看出，常规热处理后的焊缝强度低于母材；通过实施例1～3可以看出，经过退火热处理后，虽然焊缝的强度没有得到提高，但由于母材的强度大幅降低，明显低于焊缝的强度，因此，焊缝力学性能相对得到提高，因此，在生产实践中，断带率大幅降低，明显低于焊机设计断带率。

Claims (3)

1.一种降低冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法，所述冷硬态含磷IF钢的板厚为0.8～1.8mm，其特征在于：包括如下步骤：
1)激光焊接：将钢板头、尾通过激光焊连接起来，用于激光焊接的激光焊接器的功率2000～5000W，焊接速度为3～20m/min；所述激光焊接器的焊接头上未设置有用于高频感应加热装置；
2)焊接后进行热处理：在激光焊接器的出口设置有高频感应线圈，所述高频感应线圈的长度比焊缝长0～100mm；焊接后，用高频感应线圈对焊缝及焊缝长度方向两边各至少100mm的范围进行热处理；其中，热处理时间≤1min时，1100℃≤热处理温度≤1400℃；1min＜热处理时间≤2min时，1000℃≤热处理温度＜1100℃；2min＜热处理时间≤3min时，800℃≤热处理温度＜1000℃。
2.根据权利要求1所述的降低冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法，其特征在于：所述步骤1)中，焊接速度为3～5m/min。
3.根据权利要求1或2降低冷硬态含磷IF钢激光焊缝断带率的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述高频感应线圈的长度比焊缝长50～100mm。
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