CN107206553A

CN107206553A - 钢坯的焊接

Info

Publication number: CN107206553A
Application number: CN201580056174.2A
Authority: CN
Inventors: A·里克尔姆
Original assignee: Autotech Engineering SL
Current assignee: Automatic Engineering Co., Ltd
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: KR20170072899A; CN107206553B; JP6748641B2; EP3206831A1; US11123818B2; WO2016059130A1; EP3206831B1; JP2017531560A; ES2804458T3; US20170232555A1; CA2961442A1

Abstract

接合第一钢坯和第二钢坯的方法，钢坯中的至少一者包含铝。该方法包括：为每个钢坯设置由磁性材料制成的支撑件，所述支撑件被布置成通过中央空间分隔开；围绕一个支撑件设置线圈绕组；将所述第一钢坯布置在一个支撑件上并且将所述第二钢坯布置在另一个支撑件上，使得所述第一钢坯的面对所述第二钢坯的对接端与所述第二钢坯的面对所述第一钢坯的对接端接触，从而限定闭合磁通路径的接触区域。该方法还包括将激光束施加到所述接触区域上，同时向所述线圈绕组施加交流电，其中，在与坯大体成直线的方向上贯穿所述接触区域形成交变磁场。

Description

钢坯的焊接

本申请要求2014年10月15日提交的欧洲专利申请EP14382394.6的权益。

本公开内容涉及用于接合两个钢坯的方法，并且更具体地，涉及包括至少一个铝层或铝合金层的钢坯。本公开内容还涉及用于执行这些方法的工具和通过这些方法中的任一种得到或能得到的产品。

背景技术

例如汽车行业中的减轻重量的要求，促使要开发和实现质轻的材料、制造过程和工具。对乘客安全的日益关注还促使要采用在碰撞期间提高车辆完整性同时还改进能量吸收的材料。从这个意义说，为了满足用于质轻构造的标准，经常采用的是由高强度和超高强度钢(UHSS)制成的车辆部件。

超高强度钢(UHSS)表现出每个重量单元的优化最大强度和有利的可成型性质。这些钢被设计成在热过程之后实现微结构，该微结构具有良好的机械性质并且使它们特别适于热冲压过程，热冲压过程通常用来将钢坯成形为特定汽车部件。一些热冲压过程使用硼钢板来形成具有UHSS性质的冲压组件，该组件的拉伸强度高达1,500MPa。相比于其他材料，强度的增大允许使用较薄的成形材料，这导致重量比传统的冷冲压低碳钢组件有减轻。

可用UHSS使用热冲压制成的典型车辆组件包括：车门横杆、保险杆、横梁/纵梁、A/B柱加强件和腰梁加强件。

为了进一步尝试在满足结构要求的同时使组件重量最小，可以使用所谓的“拼焊毛坯”技术。在这些技术中，组件可由复合金属坯制成，该复合金属坯是通过对具有不同厚度、大小和性质的多个坯进行“边缘对边缘”焊接得到的。至少理论上，通过使用这种技术，可进一步优化材料的使用。不同厚度的坯可以是接合起来，或者可以例如通过使用它们所需的每种材料的特定性质将钢坯与镀层钢坯接合起来。

类似地，已知“拼缝物”坯，在这些坯中，多个坯不必被“边缘对边缘”焊接，但是替代地，可使用部分或完全的坯重叠。

由于在热冲压过程期间坯遭遇侵蚀性气氛，因此钢经常被涂覆，以避免腐蚀、氧化、脱碳和结垢。22MnB5钢通常设有铝-硅涂层。例如，从Arcelor商购的 1500P是涂覆有铝-硅(AlSi)涂层的硼合金钢并且是在拼焊和拼缝物坯中通常使用的钢的实施例。

1500P是以铁素体-珠光体相供应的。它是以均质图案分布的细粒结构。机械性质与该结构相关。在加热、热冲压过程和后续淬火之后，形成马氏体微结构。结果，最大强度和屈服强度显著增大。

以下，以重量百分比(剩余是铁(Fe)和杂质)来总结Usibor的组分。

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	B	N
									0.24	0.27	1.14	0.015	0.001	0.17	0.036	0.003	0.004

如之前提到的，Usibor 1500设有铝-硅(AlSI)涂层，以防止腐蚀和氧化损害。然而，该涂层具有与其焊接行为相关的明显消极面。如果在没有任何其他措施的情况下焊接Usibor坯，则涂层的铝可进入焊接区中并且这样可造成所得组件的机械性质严重地降低并且增加了焊接区中薄弱断裂的可能性。

为了避免该效应或至少使该效应最弱，已知的是，通过激光消融来去除靠近焊接间隙的区域中的一部分(或全部)涂层。然而，这表现为(拼焊)坯和车辆组件的制造过程中的附加步骤。此外，该附加步骤需要复杂的质量过程，从而使将废弃的部件的数量升高。这样牵涉到焊接步骤成本增加并且限制了该行业中的技术的竞争性。

本文中，坯可被视为必须还经受一个或更多个处理步骤(例如，变形、加工、表面处理或其他)的制品。这些制品可以是大体平坦的板或者具有更复杂的形状。

DE 102007028956描述了用于以焊接间隙进行大致水平焊接的方法和设备。

EP2737971描述了通过连接不同材料或厚度的坯而制造的拼焊坯、其制造方法和使用其的热冲压组件。

因此，需要接合具有至少一个铝层或铝合金层的钢坯的方法，在该方法中，避免了或者至少部分减少了以上提到的缺点。

发明内容

在第一方面，本公开内容提供了一种接合第一钢坯和第二钢坯的方法，其中，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层。该方法包括：为每个钢坯设置支撑件，所述支撑件由磁性材料制成并且被布置成通过在所述支撑件之间设置的中央空间分隔开。围绕一个或多个支撑件设置线圈绕组。该方法还包括：将所述第一钢坯布置在一个支撑件上并且将所述第二钢坯布置在另一个支撑件上，使得所述第一钢坯的面对所述第二钢坯的对接端与所述第二钢坯的面对所述第一钢坯的对接端接触，从而限定接触区域，该接触区域在使用时闭合所述支撑件之间并且穿过所述第一钢坯和所述第二钢坯的磁通路径；以及设置激光系统，其中，所述激光系统包括一个或多个光学元件和用于产生激光束的激光源。该方法还包括使用所述激光系统将激光束施加到所述接触区域上，同时向所述线圈绕组施加交流电，使得在大体从一个坯到另一个的方向上贯穿所述接触区域形成交变磁场。

根据这个方面，通过使布置在由磁性材料制成(并且分开布置)的支撑件上的钢坯接触，闭合在支撑件之间贯穿坯的可能的磁通路径。通过向线圈绕组施加交流电，可以在支撑件中引起贯穿钢坯的交变磁场。由于围绕磁性支撑件的线圈绕组，导致磁场强度增加。贯穿坯的宽度施加磁场或可以贯穿坯的宽度施加磁场。

当与激光束同时地施加交变磁场时，在坯的一部分(接触区域)处于液相时，磁场贯穿坯(贯穿坯的宽度，而没有随激光一起移动)。因此，当坯大体平坦时，磁场可被视为大体与坯成直线。

总体上，激光可以大体垂直于坯进行瞄准。因此，交变磁场通常可以与激光大体垂直。

在磁性材料的液相中存在交变磁场涉及在非磁性颗粒没有受任何改变影响时重新组织液相中存在的磁性颗粒。交变磁场的强度可以使得它牵引磁性颗粒。或者，换句话讲，磁性颗粒可以连续横向重排。相反，非磁性颗粒对于交变磁场大体没有反应，从而保持静止并且在重力作用下落下。作为大体无磁性的颗粒的铝粒子因此被从接触区域中去除或至少部分去除，从而增强焊接的机械性质。

因此，当例如将焊接涂覆的钢坯时，不需要去除铝层或铝合金层(诸如在某些现有技术的方法中提出的)。这造成制造过程更快且成本更低，因为不必再需要中间过程步骤。

铝合金在本文中将被理解为是铝是主导元素的金属合金。

在一些实施例中，第一钢坯和/或第二钢坯可由涂覆铝硅的硼合金钢(例如，Usibor坯)制成。

上文中描述的方法可用于通过将两个坯对接而形成例如拼焊坯。坯中的一个或这两个坯可包括带有涂层的钢基板，该涂层包括铝层或铝合金层。特别地，可使用AlSi涂层。其他实施例包括使用Ductibor坯。

在第二方面，本公开内容提供了一种接合第一钢坯和第二钢坯的工具，其中，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层。所述工具可包括用于支撑所述第一钢坯的第一支撑件和用于支撑所述第二坯的第二支撑件，其中，所述第一支撑件和所述第二支撑件由磁性材料制成并且被布置成通过在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间设置的中央空间分隔开。该工具还可包括围绕所述第一支撑件和所述第二支撑件中的任一者设置的第一线圈绕组。还可围绕所述第一支撑件和所述第二支撑件中的另一者设置第二线圈绕组。所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组可被布置成使得当向它们施加交流电时，所产生的磁场是反向的。

在第三方面，本公开内容提供了一种形成产品的方法。该方法包括：形成坯，形成坯包括按照本文中所描述方法中的任一种接合第一钢坯和第二钢坯的方法，随后加热所述坯，并且对受热的所述坯进行热变形，最后进行淬火。加热可包括在变形之前在熔炉中进行热处理。热变形可包括例如热冲压或深冲压。

并且，在其他方面，提供了一种接合第一钢坯和第二钢坯的另一种方法，其中，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层。该方法包括：设置交变磁场的源；设置所述第一钢坯和所述第二钢坯，使得所述第一钢坯的对接端面对所述第二钢坯的对接端，使得沿着将被焊接的所述第一钢坯的对接端和所述第二钢坯的对接端限定焊接线。该方法还包括设置激光系统，其中，所述激光系统包括一个或多个光学元件和用于产生激光束的激光源；使用所述激光系统将激光束施加到所述焊接线上并且大体同时启动交变磁场的源，所述交变磁场在大体从一个坯向另一个坯的方向上产生贯穿所述焊接线的磁通，其中，所述交变磁场使得铝元素落下，而磁性元素不落下。

在其他方面，本公开内容提供了通过或能通过之前描述的方法中任一种得到的坯和产品。

附图说明

将参照附图在下文中描述本公开内容的非限制实施例，在附图中：

图1示意性示出根据实施例的用于接合第一钢坯和第二钢坯的工具；

图2a至图2b示出用于将具有铝层的钢坯接合的工具的另一个实施例；

图3a至图3b示出用于将具有铝层的钢坯接合的工具的又一个实施例；

图4a至图4b示出用于将具有铝层的钢坯接合的工具的又一个实施例；以及

图5a至图5b示出用于将具有铝层的钢坯接合的工具的又一个实施例。

具体实施方式

图1示意性示出了用于执行将第一钢坯10和第二钢坯11接合的方法的工具的一部分。在该实施例中，即，使用边缘对边缘焊接，将两个坯进行对接。另外，在该实施例中，这两个坯可由诸如例如1500P的涂覆的硼合金钢制成并且可以具有不同厚度。在替代实施例中，可使用其他钢坯。在其他替代形式中，这两个坯可具有相同厚度。

该工具可包括用于支撑第一钢坯10的第一台面20和用于支撑第二钢坯11的第二台面21。第一台面和第二台面可由钢或任何其他的磁性或能磁化材料制成。台面20和21可被布置成由设置在所述台面之间的中央空间30分隔开。在示出的实施例中，这两个坯大体布置在同一平面上。在其他未示出的实施例中，这些坯可以被布置成在这些坯之间形成一角度。

当执行用于接合两个坯的上述方法时，一旦坯布置在由磁性材料制成的台面上并且一旦坯彼此接触，就在台面之间通过坯形成闭合的可能磁通路径。还可以在工具的台面和下底部33之间形成闭合的其他可能磁通路径，下底部33可被布置成与台面20、21的下侧(该下侧与支撑坯的侧相对)接触。在这些情况下，下底部33可由磁性或能磁化材料制成。

可以围绕第一台面20设置第一线圈绕组40并且可以围绕第二台面21设置第二线圈绕组41。在这个实施例中，当向着两个线圈绕组40、41施加交流电时使得所生成的磁场是反向的，应该要当心。因此，可能在两个线圈中的对向侧形成北极和南极。因此，有效地，可以穿过坯从北极向南极并且穿过支撑件的下侧从北极向南极，形成磁通路径。

图2a至图4b示出用于接合包含铝层的坯的工具的更多实施例。在这些图中示出的实施例中，使用相同的参考符号来指代匹配元件。在这些实施例中，将这些坯对接并且坯可具有与图1的实施例不同的厚度。在其他未示出的实施例中，坯可具有相同厚度和/或可被布置成在坯之间形成一角度。

图2a至图2b的实施例与图1的实施例的不同之处在于，可围绕例如第二台面21'设置单个线圈绕组41'。在其他实施例中，只要将向线圈绕组施加交流电来生成交变磁场，就可以围绕第一台面20'或第二台面21'中的任一个设置单个线圈。在这些实施例中，下底部33还可被设置成与台面20、21'的下侧(该下侧与支撑坯的侧相对)接触，如结合图1的实施例所说明的。下底部33可由磁性或能磁化材料制成。在这些情况下，当向单个线圈41'施加交流电时，将在线圈41'的对向侧形成北极和南极。因此，磁通路径可用箭头A1、A2、B1和B2来表示，这取决于电荷流动，电荷流动的方向周期性反向并且产生磁场。因此，可穿过坯10、11(箭头A1和B1)并且穿过下底部33(箭头A2和B2)在台面20、21'之间形成闭合的磁通路径。

图3a至图3b的实施例与图1的实施例的不同之处在于，在台面20、21之间没有设置下底部。在这些实施例中，类似于图1的实施例，应当注意，向着线圈绕组40、41施加交流电，使得所生成的磁场是反向的。这样，将在两个线圈绕组40、41的对向侧形成北极和南极。因此，由箭头C1和C2表示的磁通路径可取决于电荷流动，电荷流动的方向周期性反向并且循环穿过线圈以产生磁场。因此，磁通路径可以只穿过坯10、11在台面20、21之间形成(箭头C1和C2)。

图4a和图4b的实施例与图3a和图3b的不同之处在于，线圈绕组40、41可通过例如连接电缆60彼此连接。线圈绕组40、41因此串联连接，使得当施加交流电时，只在每个线圈绕组40、41的自由端处形成北极和南极。在这些实施例中，自由端401、411可被设置成面对坯10、11并且连接电缆60可连接每个线圈的另一端。用箭头D1和D2表示的磁通路径还可取决于电荷流动，电荷流动的方向周期性反向并且循环穿过线圈以产生磁场。磁通路径因此还可只穿过坯10、11在台面20、21之间形成(箭头D1和D2)。

在其他替代实施例中，第一支撑件(例如，“台面20”)、第二支撑件(例如，“台面21”)和下底部可一体地形成。

在所有情况下，工具还可包括具有激光头的激光焊接机，激光束(用箭头50示意性示出)可从激光头射出。在该实施例中，激光系统可以被布置成，使得激光束50在与坯的纵向方向大体垂直的方向上撞击坯10、11。在替代实施例中，激光束可在倾斜方向上撞击坯。

可选地，可以在中央空间30中设置收集器板31，收集器板31用于一旦施加交流电磁场，就收集大体如之前描述地在重力作用下会落下的铝颗粒。在这些情况中的一些中，收集器板可由钢制成。在一些情况下，它可布置在下底部33的顶部上。

在一些实施例中，工具还可包括夹具(未示出)，夹具与每个台面20、21、21'的每个上侧(坯待支撑在该上侧上)关联并且被布置成，使得在使用时每个夹具将坯10、11向着台面20、21、21'施压(坯支撑在所述台面上)。

为了接合坯，激光束将坯的边缘部分升温并且使边缘部分熔融。向两个线圈施加交流电，以贯穿线圈形成交流电磁场。线圈和电流使得在一个线圈中形成的磁场处于与另一个线圈中形成的磁场方向相反。

贯穿(第一支撑件中的)第一线圈、(第二支撑件中的)第二线圈的磁场、坯和底部可因此形成闭合圆，磁通方向沿着该闭合圆恒定改变。“磁性”的熔融边缘部分中的颗粒受恒定改变磁场的影响，并且据此连续地重排。然而，铝颗粒不受磁场影响，即，它们仍然因此从焊接区域落下。它们可以被收集到收集器板31中。

在一些实施例中，交流电的频率可以是例如50Hz或60Hz。这意味着，实现是十分简单的，这是因为根据布局，电网的正常频率为50Hz或60Hz。

图5a和图5b示出用于接合包括铝层的坯的工具和方法的另一个实施例。在这些图中示出的实施例中，使用相同的参考符号来指代匹配元件。

在这个实施例中，坯将被对接并且可具有相同或不同的厚度。在其他替代形式中，坯可被布置成在坯之间形成一角度。

在这个实施例中，可在坯10、11中的每个下方布置两个磁体E1、E2。另选地，可在坯中的每个下方布置磁体或多个磁体。这些磁体可以是电磁体。

在所示出的实施例中，待通过焊接而接合的坯10、11的边缘彼此触摸，从而限定焊缝线。在其他实施例中，在坯的边缘之间可能存在间隙。可用合适的填料来填充此间隙，以限定焊缝线。

磁体可被布置成，使得焊缝线的区域中的磁场的磁力线与焊缝线大体垂直地布置。在电磁体的情况下，它们可连接到DC或AC源并且可以被布置成它们的极性被反向，以便产生在使用时(根据方向周期性反向的电荷流动)反向的磁场(箭头F1、F2)，从而形成穿过坯10、11(即，从箭头F1向箭头F2，反之亦然)的恒定改变方向的磁通。

在焊接区域中，可以在施加激光时由于磁场改变而形成涡流。交变磁场F1、F2的强度可以使得磁性元件或颗粒上的洛伦兹力足以在交变磁场贯穿(例如，因同时施加了激光热而形成的)坯10、11的液相时，将磁性颗粒向上推动。大体非磁性的铝颗粒不受这些洛伦兹力影响。通过这样做，铝颗粒因此可在磁性颗粒被焊接在一起的同时落下。这意味着，可以在没有去除铝的额外步骤的情况下，将两个包括铝层的坯焊接在一起。

为了这样做，将仔细地选择磁场强度：强得足以影响磁性元素/颗粒，而弱得不足以影响铝颗粒/元素。可通过控制电流、交变磁场的频率和例如与焊接区的距离和坯的厚度来控制磁场的强度。

在图2a至图4b的实施例中，磁场的强度可进一步取决于每个线圈的绕组的数量。

在一些实施例中，工具还可包括保护板32，保护板32至少在面对有或没有线圈绕组的台面的侧面部分地封闭中央空间，以保护线圈绕组免受磁场(电磁体)影响。保护板32可包括大体C形，C的开口面对坯10、11。在一些情况下，保护板可由钢制成。

在一些实施例中，激光系统可包括功率在3kW和16kW之间(可选地，在4和10kW之间)的激光器。激光器的功率应该足以使坯的接触区域熔融。优选地，接触区域沿着坯的整个厚度熔融，使得也可从整个厚度去除铝。

发明人已经发现，3kW至5kW可能足以熔融典型坯(通常，厚度范围为0.7-4mm)。将焊接机的功率向着该范围的上部部分增大可允许增大焊接速率。

交变磁场的存在可使激光在坯上产生的温度增加。该温度增加可起到减小湿度从而改进焊接的作用。

可选地，可使用Nd-YAG(掺杂钕的钇铝石榴石)激光器。这些激光器是商购的，并且构成成熟技术。这种类型的激光器还可具有足以熔融坯的区域的功率，并且允许改变激光器的焦点的宽度，进而改变焊接区的宽度。减小“光斑”的大小使能量密度增加，而增大“光斑”的大小使焊接过程加速。可非常有效地控制焊斑并且有可能可以用这种类型的激光器来进行各种类型的焊接，所述焊接包括双点焊接和延迟点焊(waving spot welding)。在一些实施例中，可使用诸如氦或氦类气体的保护气体。保护气体的流速可以是例如从1升/分钟变化至15升/分钟。

在替代实施例中，可使用具有足够功率的CO₂激光器。

在一些实施例中，焊接可包括双点焊接。在双点焊接中，在两个焦点处同时发生熔融和焊接。这两个斑可与焊接方向平行(平行的双光束斑)或垂直地(垂直的双光束斑)对准。垂直的双斑使得熔池较宽，并且至少理论上会由于升温区域较宽而产生对流焊接，而非键孔。平行双斑(一个在另一个后面)在焊接期间传送较低的热梯度。

平行双斑焊接的特点是材料所遭遇热梯度较小。垂直双斑焊接的特点是焊接区被放大。发明人已经测试了这些布置并且发现这二者都可按令人满意的方式进行工作。

在一些替代实施例中，焊接可包括延迟点焊。在延迟点焊中，可通过使反射激光得镜面振动来动态地改变焊斑。

在采用双斑焊接的实施例中，可将激光功率相等地或不等地分配于两个焊斑。

可以发现，通过使用上述工具来接合两个钢坯(其中，至少一个坯包括铝层或铝合金层)，允许在焊接之前不需要去除铝层，从而简化并且加速制造。这可造成成本大幅降低。

Usibor坯的标准处理将是在例如熔炉中加热所得到的坯，以致使钢基奥氏体化(还有其他)。然后，可对坯进行热冲压，以形成例如保险杆或柱。在热变形之后进行淬火期间，因此可得到提供令人满意的机械特性的马氏体微结构。因此，标准处理绝不受本文中提出的用于接合钢坯的方法的影响。

在目前本文中示出的所有实施例中，将平板形状的坯接合在一起。由此形成的拼焊而成的坯可能经受与上述相同的变形和热处理。应该清楚，本文中公开的方法和工具的实施例还可应用于不同形状的坯。

在其他实施例中，还可在向接触区域供应金属粉末的同时进行焊接。金属粉末因此可与液相的坯混合。在这些情况中的一些中，金属粉末可包括含伽马基因元素的基于铁的粉末。该金属粉末可用于覆盖坯表面中的缺陷。在一些情况下，可使金属粉末穿过管，以确保洁净的制造过程。

金属粉末还可用于减少对将坯压到一起的需要。当在坯之间存在间隙时，通常可使用一些工具(例如，液压系统)将坯压到一起。然而，维护这些工具可能代价高。如果坯之间的间隙过大(例如，大于0.15mm)，则不可使用激光焊接。

通过提供金属粉末，并且由于变化的电磁场，可在两个坯之间形成桥。因为变化的磁场，该金属粉末的桥可被保持在坯之间，而没有落下。因此，这样可减少对将坯压到一起的需要，或者可使得能够在之前原不可能的情况下使用激光焊接。

在这些情况下，传感器系统可被布置成测量坯之间的距离。可根据坯之间的间隙而选择性供应金属粉末。

另外，在这些实施例中，特别地，当使用包括伽马基因元素的基于铁的粉末时，粉末可被引入焊接区域中，与熔融的铝混合(如果保留有任何铝的话)。即使保留了一点铝，这样也可增强热变形过程(诸如热冲压)之后的机械性质。包括伽马基因元素的基于铁的粉末与相对极少铝的混合物导致在加热期间得到奥氏体(伽马相铁，γ-Fe)。并且，在热变形之后的淬火期间，因此可得到提供令人满意的机械特性的马氏体微结构。

伽马基因元素在本文中被理解为促成伽马相(即，奥氏体相)的化学元素。伽马基因元素可选自包括镍(Ni)、碳(C)、钴(Co)、镁(Mn)和氮(N)的组。对于金属粉末的组分，还可考虑其他因素，诸如例如促成硬度(钼(Mo)将是合适元素)和/或耐腐蚀性(在该情况下，硅(Si)和镉(Cr)将是合适元素)。

粉末中伽马基因元素的量可足以补偿诸如Cr、Mo、Si、Al和Ti(钛)的阿尔法基因元素的存在。阿尔法基因元素促成形成α-Fe(铁氧体)。这样可导致机械性质变差，因为热冲压和淬火之后所得的微结构可包括基质中的马氏体-贝氏体和Δ-Fe。

在一些实施例中，可使用20微米和180微米之间的粉末粒径，并且可选地，20微米和125微米之间的粉末粒径。可选地，粉末的平均粒径可在45微米和90微米之间，或50微米和80微米之间。发明人已经发现，这些粒径会导致增强粉末渗透到焊接区中并且进行混合。整个完整焊接区域内足够多的混合物增强了最终产品的机械性质。

在一些实施例中，基于铁的粉末可具有以下元素：按重量百分比计0％-0.03％的碳、2.0-3.0％的钼、10％-14％的镍、1.0-2.0％的镁、16-15％的铬、0.0-1.0％的硅，剩余的是铁和杂质。发明人已经发现，该混合物的粉末造成最终工件产品(即，热冲压和淬火之后)的非常令人满意的机械性质和耐腐蚀性。

在进行针对熔融坯并且施加交变磁场的概念验证的初始测试之后，发明人执行大量测试，以弄清由Usibor 1500制成的样本在什么地方断裂。在焊接之后，所得的坯经历“正常过程”，该“正常过程”包括热变形和淬火。此后，从所得的产品切割出标准拉伸强度测试的测试样本。结果表明，在焊接点之外出现样本断裂，因为焊接区域中的最终拉伸强度(UTS)(单位：MPa)比所使用的原始Usibor坯高得多。这样可被视为特别优良的性能，因为这意味着，焊接区域比基体材料强。

出于完整的原因，本公开内容的各种方面按以下多个条款来阐述：

条款1：一种接合第一钢坯和第二钢坯的方法，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层，该方法包括：

-设置交变磁场的源；

-设置所述第一钢坯和所述第二钢坯，使得所述第一钢坯的对接端面对所述第二钢坯的对接端，使得沿着所述第一钢坯的对接端和所述第二钢坯的对接端限定焊接线；

-设置激光系统，其中，所述激光系统包括一个或多个光学元件和用于产生激光束的激光源；

-使用所述激光系统将激光束施加在所述焊接线上并且大体同时，

-启动所述交变磁场的源，所述交变磁场在大体从一个坯向另一个坯的方向上产生贯穿所述焊接线的磁通，其中，所述交变磁场使得铝元素落下，而磁性元素不落下。

条款2.一种接合第一钢坯和第二钢坯的方法，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层，该方法包括：

-为每个钢坯设置支撑件，所述支撑件由磁性材料制成并且被布置成通过在所述支撑件之间设置的中央空间分隔开；

-围绕一个或多个支撑件设置线圈绕组；

-将所述第一钢坯布置在一个支撑件上并且将所述第二钢坯布置在另一个支撑件上，使得所述第一钢坯的面对所述第二钢坯的对接端与所述第二钢坯的面对所述第一钢坯的对接端接触，从而限定接触区域，该接触区域在使用时闭合所述支撑件之间并且穿过所述第一钢坯和所述第二钢坯的磁通路径；

-使用所述激光系统将激光束施加到所述接触区域上，同时

-向所述线圈绕组施加交流电，使得在大体从一个坯向另一个坯的方向上贯穿所述接触区域形成交变磁场。

条款3.根据条款1所述的方法，其中，设置被配置成产生交变磁场的交流电源包括：

-为每个钢坯设置支撑件，所述支撑件由磁性材料制成并且被布置成通过在所述支撑件之间设置的中央空间分隔开；以及

-设置围绕一个或多个支撑件的线圈绕组，所述线圈绕组和所述支撑件被配置成提供可能的磁通路径，并且其中，

-启动所述交变磁场的源包括向所述线圈绕组施加交流电。

条款4.根据条款1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一钢坯和/或所述第二钢坯由涂覆有铝硅的硼合金钢制成。

条款5.根据条款2至4中任一项所述的方法，其中，每个支撑件至少部分被线圈绕组包围，并且施加到每个线圈绕组的所述交流电使得所产生的所述交变磁场是反向的。

条款6.根据条款2至5中任一项所述的方法，其中，由磁性材料或能磁化材料制成的下底部被设置成与所述支撑件的下侧接触，每个支撑件的下侧与该支撑件的上面将布置所述第一钢坯和所述第二钢坯的一侧相对。

条款7.根据条款2至6中任一项所述的方法，其中，在所述中央空间中设置有用于收集铝颗粒的收集器板。

条款8.根据条款2至7中任一项所述的方法，其中，所述交流电的频率是50Hz或60Hz。

条款9.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中，所述激光系统被布置成使得所述激光束大体垂直于所述第一钢坯和所述第二钢坯来撞击。

条款10.根据条款1至9中任一项所述的方法，其中，所述激光系统包括功率在3kW和16kW之间的激光器，可选地，所述功率在4kW和10kW之间。

条款11.根据条款10所述的方法，其中，焊接包括用Nd-YAG激光器进行焊接。

条款12.一种接合第一钢坯和第二钢坯的工具，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层，所述工具包括用于支撑所述第一钢坯的第一支撑件和用于支撑所述第二钢坯的第二支撑件，其中，所述第一支撑件和所述第二支撑件由磁性材料制成并且被布置成通过在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间设置的中央空间分隔开，其中，所述工具还包括围绕所述第一支撑件和所述第二支撑件中的任一者设置的第一线圈绕组和围绕所述第一支撑件和所述第二支撑件中的另一者设置的第二线圈绕组，并且所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组被布置成使得当向它们施加交流电时，所产生的磁场是反向的。

条款13.根据条款12所述的工具，该工具还包括收集器板，所述收集器板设置在所述中央空间中，用于收集铝颗粒。

条款14.根据条款12至13中任一项所述的工具，该工具还包括与每个支撑件关联的夹具，所述夹具被布置成使得在使用时每个夹具将坯压向支撑件。

条款15.一种形成产品的方法，该方法包括：

形成坯，形成坯包括根据权利要求1至11所述的方法中的任一种来接合第一钢坯和第二钢坯的方法；

加热所述坯；以及

对受热的所述坯进行热变形，后续进行淬火。

虽然本文中只公开了多个实施例，但其他替代形式、修改形式、使用和/或其等同物是可能的。此外，也涵盖了所描述的实施例的所有可能组合。因此，本公开内容的范围不应该受特定实施例限制，而是应该只由直接阅读随附权利要求书来确定。

Claims

1.一种接合第一钢坯和第二钢坯的方法，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层，该方法包括：

-围绕一个或多个支撑件设置线圈绕组；

-使用所述激光系统将激光束施加到所述接触区域上；同时

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一钢坯和/或所述第二钢坯由涂覆有铝硅的硼合金钢制成。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，每个支撑件至少部分被线圈绕组包围，并且施加到每个线圈绕组的所述交流电使得所产生的所述交变磁场是反向的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，由磁性材料或能磁化材料制成的下底部被设置成与所述支撑件的下侧接触，每个支撑件的下侧与该支撑件的上面将布置所述第一钢坯和所述第二钢坯的一侧相对。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在所述中央空间中设置有用于收集铝颗粒的收集器板。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述交流电的频率是50Hz或60Hz。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述激光系统被布置成使得所述激光束大体垂直于所述第一钢坯和所述第二钢坯来撞击。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述激光系统包括功率在3kW和16kW之间的激光器，可选地，所述功率在4kW和10kW之间。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，焊接包括用Nd-YAG激光器进行焊接。

10.一种接合第一钢坯和第二钢坯的工具，所述第一钢坯和所述第二钢坯中的至少一者包括铝层或铝合金层，所述工具包括用于支撑所述第一钢坯的第一支撑件和用于支撑所述第二钢坯的第二支撑件，其中，所述第一支撑件和所述第二支撑件由磁性材料制成并且被布置成通过在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间设置的中央空间分隔开，并且所述工具还包括围绕所述第一支撑件和所述第二支撑件中的任一者设置的第一线圈绕组和围绕所述第一支撑件和所述第二支撑件中的另一者设置的第二线圈绕组，其中，所述第一线圈绕组和所述第二线圈绕组被布置成使得当向它们施加交流电时，所产生的磁场是反向的。

11.根据权利要求10所述的工具，该工具还包括收集器板，所述收集器板设置在所述中央空间中，用于收集铝颗粒。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的工具，该工具还包括与每个支撑件关联的夹具，所述夹具被布置成使得在使用时每个夹具将坯压向支撑件。

13.一种形成产品的方法，该方法包括：

形成坯，形成坯包括根据权利要求1至9所述的方法中的任一种接合第一钢坯和第二钢坯的方法；

加热所述坯；以及

对受热的所述坯进行热变形，后续进行淬火。