CN111491749B

CN111491749B - 用作机动车辆部件的焊接钢部件和制造所述焊接钢部件的方法

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Publication number: CN111491749B
Application number: CN201880081944.2A
Authority: CN
Inventors: 杰西·阿瓦
Original assignee: ArcelorMittal SA
Current assignee: ArcelorMittal SA
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP2021508599A; MX2020006511A; CN111491749A; WO2019123069A1; EP3727716B1; EP3727716A1; PL3727716T3; US20210163080A1; ZA202002412B; KR20200081485A; BR112020009764B1; CA3081936A1; UA128111C2; WO2019122978A1; ES2907958T3; BR112020009764A2; MA55396B1; HUE057253T2; US11643149B2; KR102264646B1

Abstract

本发明涉及通过焊接第一板(2)与第二板(3)获得的焊接钢部件(1)，第一板(2)和第二板(3)中的至少一者由钢基材制成并且包括铝合金的涂层，所述焊接使用在熔融和冷却之后构成焊缝(4)的焊丝，所述焊缝(4)连接第一板(2)与第二板(3)并且成为所述焊接钢部件的一部分。根据本发明，第一板(2)和第二板(3)中的至少一者为热压成型部件，以及第一板(2)和第二板(3)的各自的外周边缘(2a，3a)为啮合边缘型配置，其中第一板(2)的外周边缘(2a)布置在第二板(3)的外周边缘(3a)的端部(3a1)的上表面(3a11)上或附近，所述第二板(3)的外周边缘(3a)的端部(3a1)通过倾斜接合部(3a2)延伸，倾斜接合部(3a2)的上表面(3a21)的至少一部分与第一板(2)的外周边缘(2a)的边缘(2a3)至少在横向上界定出容纳焊缝(4)的凹槽(5)，倾斜接合部(3a2)通过与第一板(2)的外周边缘(2a)纵向连续的焊接部(3a3)延伸。

Description

用作机动车辆部件的焊接钢部件和制造所述焊接钢部件的方法

本发明主要涉及高机械阻力的热压成型并进一步焊接的钢部件。

本发明还涉及用于制造所述焊接钢部件的热压成型钢部件。

本发明还涉及制造焊接钢部件的方法，以及该焊接钢部件用于制造机动车辆的悬臂和/或框架部件的用途。

已知的实践是通过连续焊接各自的外周边缘来由具有不同厚度和/或不同组成的钢板制备焊接钢部件。这种焊接钢部件特别地见于汽车工业中，并且更特别地用于制造机动车辆的悬臂或底盘部件。

必需的是，这些焊接钢部件具有高的机械阻力，以符合其在使用寿命期间所承受的应力。关于汽车领域所需的应用，本发明涉及通过焊接第一板与第二板获得的焊接钢部件，其中第一板和第二板中的至少一者为热压成型的并且由钢基材制成，并且包括铝合金的涂层。

涉及焊丝的不同焊接技术是已知的：例如，弧焊工艺、激光焊接工艺或混合激光焊接工艺(即，与弧焊相结合的激光焊接)。对于厚度为1.5mm 至4mm的板的弧焊，已知的是气体保护金属极电弧焊(Gas Metal Arc Welding，GMAW)、气体保护钨极电弧焊(GasTungsten Arc Welding， GTAW)和等离子弧焊。还已知是，在熔融和冷却之后，使用填充焊丝的焊接使得可以获得连接第一板与第二板并成为所述焊接钢部件的一部分的焊缝。

参照图1，已知由以下组成的对接焊技术：使第一金属板0₂和第二金属板0₃的各自的外周边缘0_2a、0_3a纵向对齐，所述第一金属板0₂和第二金属板0₃在焊接和焊缝0₄的冷却之后形成一个焊接钢部件0₁。在此在该焊接钢部件上强调两个区。第一区对应于已经在焊接操作期间经历了熔合过程的焊缝0₄所占据的区。这被称为熔合区Z1。第二区是焊接操作期间受到热影响的温度达到大于约700℃的区。该区被称为热影响区(Heat Affected Zone，HAZ)Z₂，并且在第一板0₂侧和第二板0₃侧与熔合区Z₁相邻。在热影响区Z₂中，通过局部焊接热循环改变了显微组织和机械特性。

为了评估焊接钢部件0₁的机械阻力，通常进行说明拉伸力的如图1 中的箭头F所示的拉伸测试，直至焊接钢部件断裂。然后通过测量经历前述拉伸力的焊接钢部件的极限拉伸应力(Ultimate Tensile Stress，UTS)，并通过观察在熔合区Z₁中是否发生断裂，来评估焊接区的机械特性。作为为汽车工业制造的焊接点的质量标准，通常要求UTS必高大于700 MPa，并且要求在熔合区不发生断裂。

已经对图1所示类型的焊接部件进行了机械拉伸测试。第一板0₂和第二板0₃是商品名为

1500的商品化的镀铝22MnB5型钢板，其已经热压成型，以便通过淬火获得硬化，并获得约1500MPa的极限拉伸应力。当使用适合于高屈服强度钢的焊接的填充焊丝进行焊接时，在熔合区之外发生断裂，并且UTS为880MPa至910MPa。

尽管图1所示的对接焊钢部件的这些机械特性是可接受的，但这种配置在这种焊接钢部件的工业实现中仍然存在一些困难。考虑到对接焊的配置以及在焊接操作期间将这种配置的板夹紧的必要性，焊缝的实施是困难的。特别是当板的厚度和/或几何形状不同的情况。

参照图2和图3，还已知由以下组成的搭焊技术：将第二板0₃的外周边缘0_3a定位在第一板0₂的外周边缘0_2a上。因此，如图2所示，实现了支撑部(第一板0₂的边缘0_2a)，这使得能够简化焊接操作并使该操作适应不同配置的板部件。然而，该搭焊技术在应用于镀铝钢板时，其在焊接点的机械特性方面存在缺陷。

为了说明这些困难，已对如图2所示的焊接钢部件进行了拉伸测试。关于对对接焊部件进行的测试，这些测试由以下组成：如箭头F所示施加两个相反的力，直至焊接钢部件断裂。记录焊接钢部件的UTS和断裂区的位置。测试的第一板0₂和第二板0₃是商品名为

1500的商品化的板，其在热压成型之后机械阻力UTS为约1500MPa。对其中两个热压成型板的厚度为1.5mm的焊接钢部件，以及对其中两个热压成型板的厚度为3.2mm的焊接钢部件进行测试。前一种厚度特别地用于汽车工业。焊接使用ER70S-G和ER120S-G填充焊丝完成，这些型号参考标准 AWS-A5.28。

对于1.5mm厚的板和ER70S-G焊丝，UTS接近800MPa，并且断裂发生在熔合区Z₁或热影响区Z₂中。对于1.5mm厚的板和ER120S-G焊丝， UTS接近900MPa，并且断裂发生在热影响区Z₂中。对于厚度为3.2mm 的板部件，对于ER70S-G焊丝机械阻力为约550MPa，并且断裂系统性地发生在熔合区Z₁中。ER120S-G焊丝导致630MPa的UTS，并且断裂仍发生在熔合区Z₁中。

因此，可以得出结论，在更高的厚度的情况下，UTS倾向于降低，并且断裂位置从HAZ或熔融区(fusion zone)移向熔合区。还可以得出结论，搭焊技术在断裂位置和UTS方面导致不均一的结果，这取决于板的厚度和所使用的焊丝。此外，在施加拉伸力期间发生钢部件围绕焊缝0₄旋转的现象。如图2所示，由于两个板搭接因此两个拉伸力未对齐。主应力沿着从下板0₂到上板0₃的路径。因此，两个板从而趋于相对于彼此对齐，并且在图3所示的配置中发现了这样的焊接钢部件，其中焊缝0₄的根部0_4c承受高应力。由于焊接是在具有铝涂层的钢板0₂、钢板0₃上进行的，因此在焊接期间铝熔化并且并入熔合区，并且可以集中在一些区域例如焊根。由于铝为α基因(alphagene)，与作为焊缝的主要组分的较硬成分(例如马氏体、贝氏体)相比，该元素存在于根部可以导致形成较软的组分例如铁素体。由于搭接几何形状和根部中铁素体的存在，在承受拉伸力的焊缝中，应变集中在铁素体内或者集中在铁素体与基体之间的界面处，从而在熔合区Z₁中引发断裂，并导致焊接钢部件的机械阻力低。克服该问题的一种可能的解决方案是在焊接之前对两个板的各自外周边缘的铝涂层进行部分或全部除去(ablation)，以避免或至少限制焊缝中铁素体的存在。然而，该解决方案导致额外的成本。

因此，即使搭接配置使焊接更容易，但该配置取决于板的厚度和所使用的焊丝而涉及不均一的结果，并且在大多数情况下，当应用于热压成型的镀铝板时，所得焊接钢部件的机械特性不足。

因此，期望具有不会引起前述困难的镀铝板焊接工艺。在本文中，本发明涉及对于1mm至4mm的薄的厚度的极限拉伸应力高于700MPa的焊接钢部件，由此对于不同的厚度、第一板相对于第二板的相关配置和板的组成易于完成焊接操作。

本发明还涉及既简单又不昂贵的制造这种焊接钢部件的方法。

为此，本发明涉及通过焊接第一板与第二板获得的焊接钢部件，第一板和第二板中的至少一者由钢基材制成并且包括铝合金的涂层，所述焊接使用在熔融和冷却之后构成焊缝的焊丝，所述焊缝连接第一板与第二板并成为所述焊接钢部件的一部分，其中第一板和第二板中的至少一者为热压成型部件，其中第一板和第二板的各自外周边缘为啮合边缘型配置，其中第一板的外周边缘布置在第二板的外周边缘的端部的上表面的上方或者上表面上或附近，所述第二板的外周边缘的端部通过倾斜接合部延伸，倾斜接合部的上表面的至少一部分与第一板的外周边缘的边缘至少在横向上界定出容纳焊缝的凹槽，倾斜接合部通过与第一板的外周边缘纵向连续的焊接部延伸，

·其中纵向连续通过焊接部的厚度中部区的至少一部分与第一板的外周边缘的厚度中部区的至少一部分的纵向对齐来限定，以及

·其中厚度中部区的纵向对齐通过以下位置来限定：平行于第二板的厚度中部表面区并且位于对应的厚度中部区中的至少一条直线在第一板的外周边缘的边缘上的投影点的位置，所述位置位于第一板的厚度中部区中，

·其中每个所述厚度中部区在截面中通过以对应的板的厚度中部为中心的区限定，所述厚度中部区的厚度等于各板的厚度的40％。

本发明的焊接钢部件还可以包括以下单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的任选特征：

-第一板的外周边缘的上表面与第二板的外周边缘的焊接部的上表面平行。

-第一板与第二板的厚度相同，以及第一板的外周边缘的上表面与第二板的外周边缘的焊接部的上表面纵向对齐。

-焊缝的分别位于第一板的外周边缘的上表面上和第二板的外周边缘的上表面上的两个相对的焊趾纵向对齐。

-第二板的外周边缘的倾斜接合部与所述第二板的纵向厚度中部表面形成120°至160°、优选地130°至150°的角。

-其中焊缝的显微组织至少在所述焊缝的根部处包含铁素体。

-至少第二板包括由铝合金制成的涂层。

-包括由铝合金制成的涂层的第一板和第二板中的至少一者的显微组织包含马氏体。

-第一板和第二板中的至少一者的化学组成按重量计包含： 0.04≤C≤0.1％，0.3％≤Mn≤2％，Si≤0.3％，Ti≤0.8％，0.015％≤Nb≤0.1％，Cr、 Ni、Cu、Mo≤0.1％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。

-第一板和第二板中的至少一者的化学组成按重量计包含： 0.06≤C≤0.10％、1.4％≤Mn≤1.9％、0.2％≤Si≤0.5％、0.020％≤Al≤0.070％、 0.02％≤Cr≤0.1％，其中：1.5％≤(C+Mn+Si+Cr)≤2.7％、0.040％≤Nb≤0.060％、 3.4×N≤Ti≤8×N，其中：0.044％≤(Nb+Ti)≤0.090％、0.0005≤B≤0.004％、 0.001％≤N≤0.009％、0.0005％≤S≤0.003％、0.001％≤P≤0.020％，任选地： 0.0001％≤Ca≤0.003％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。

-或者，第一板和第二板中的至少一者的化学组成按重量计包含： 0.20≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、0.020％≤Al≤0.070％、 Cr≤0.3％、0.020％≤Ti≤0.060％、B<0.010％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

-或者，第一板和第二板中的至少一者的化学组成按重量计包含： 0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、 0％≤Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、0％≤Nb≤0.060％、 0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、0.0001％≤S≤0.005％、 0.0001％≤P≤0.025％，应当理解，钛和氮的含量满足：Ti/N＞3.42，以及碳、锰、铬和硅的含量满足

所述化学组成任选地包含以下元素中的一者或更多者：0.05％≤Mo≤0.65％、0.001％≤W≤0.30％％、 0.0005％≤Ca≤0.005％，剩余部分由铁和源自生产的不可避免的杂质组成，板在所述板的表面的深度Δ的区域内包含镍含量Ni_surf，使得：Ni_surf>Ni_nom， Ni_nom表示钢的标称镍含量，以及使得表示在Δ内的最大镍含量的Ni_max：

以及使得：

深度Δ以微米表示， Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。

-第一板和第二板的钢基材具有相同的化学组成。

-第一板和第二板的厚度为1.5mm至4mm。

-所述第一板和所述第二板的厚度为1.5mm至3mm，以及所述焊接钢部件的极限拉伸应力(UTS)高于800MPa。

-所述第一板和所述第二板的厚度为2mm至4mm，以及所述钢部件的极限拉伸应力(UTS)高于700MPa。

本发明还涉及热压钢部件，其中所述第二板为啮合边缘型配置，其中所述第二板的外周边缘包括端部，所述端部通过倾斜接合部延伸，所述倾斜接合部通过平行于端部且与所述端部以不超过10毫米的距离横向间隔的中心部延伸，其中端部和倾斜接合部的增加的长度不超过50毫米，以及其中倾斜接合部与中心部形成120°至160°、优选地130°至150°的角。

本发明的热压钢部件还可以包括以下单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的任选的特征：

-所述热压钢部件的极限拉伸应力(UTS)等于或高于500MPa。

-所述热压钢部件的极限拉伸应力(UTS)高于1000MPa。

-所述热压钢部件的极限拉伸应力(UTS)高于1500MPa。

-所述热压钢部件包括铝合金的涂层。

本发明还涉及制造如上所述的焊接钢部件的方法，包括以下步骤：

i)提供第一钢板和第二钢板，第一钢板和第二钢板中的至少一者由钢基材制成并且包括铝合金的涂层，以及为热压成型的，

ii)使第二钢板的外周边缘变形以形成端部，所述端部通过倾斜接合部延伸至焊接部，

iii)将第一板的外周边缘定位在第二板的外周边缘的端部的上表面上或附近，以形成由第二板的外周边缘的倾斜接合部的上表面的至少一部分和第一板的外周边缘的边缘横向界定的凹槽，

iv)通过使用放置在预先制成的凹槽中的填充焊丝焊接如此定位的第一钢板和第二钢板，第二板的外周边缘的端部为焊接支撑板。

本发明的方法还可以包括以下单独考虑或根据所有可能的技术组合考虑的任选的特征：

-使第二板的外周边缘变形的步骤通过冷成型或弯曲进行。

-在提供第一钢板和第二钢板的步骤之前，通过热压成型进行使第二板的外周边缘变形的步骤。

-第二板的外周边缘的热压成型步骤与所述第二板的热压成型步骤同时进行。

-第一板的外周边缘与第二板的外周边缘的端部以2mm的最大间隙间隔开。

-在将第一板的外周边缘定位在第二板的外周边缘的端部上或附近时，第一板的边缘纵向布置在第二板的外周边缘的端部与倾斜接合部之间的接合处，或者纵向布置成距离所述端部一侧上的所述接合处的最大距离为2mm。

-在将第一板的外周边缘定位在第二板的外周边缘的端部上或附近时，第一板的外周边缘的上表面与第二板的外周边缘的焊接部的上表面布置成纵向对齐。

-第一板和第二板中的至少一者的化学组成按重量计包含： 0.20≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、0.020％≤Al≤0.070％、 Cr≤0.3％、0.020％≤Ti≤0.060％、B<0.010％、B<0.010％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

-第一板和第二板中的至少一者的化学组成按重量计包含： 0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、 0％≤Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、0％≤Nb≤0.060％、 0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、0.0001％≤S≤0.005％、 0.0001％≤P≤0.025％，应当理解，钛和氮的含量满足：Ti/N＞3.42，以及碳、锰、铬和硅的含量满足

以及使得：

深度Δ以微米表示， Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。

-焊接工艺为使用保护气体的弧焊工艺、激光焊接工艺或混合激光焊接工艺。

-弧焊工艺为气体保护金属极电弧焊、气体保护钨极电弧焊或等离子弧焊。

-填充焊丝的化学组成按重量计包含0.03≤C≤0.14％、0.9≤Mn≤2.1％和 0.5≤Si≤1.30％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

-填充焊丝的直径为0.8mm至2mm。

-焊接工艺以小于1.5m/分钟的焊接速度进行，以及焊接线能量为1.5 kJ/cm至10kJ/cm。

-在步骤iii)中，将第一钢板的外周边缘定位在第二钢板的外周边缘的端部的上表面的上方。

最后，本发明还涉及如上所述的焊接部件用于制造机动车辆的悬臂或底盘部件的用途。

本发明的其他特征和优点将从以下通过指示给出的描述中清楚地显现出来，并且描述决不限于参照附图，其中：

-已经讨论过的图1示意性地示出了现有技术的焊接钢部件，其中第一板和第二板根据对接焊配置纵向对齐，

-已经讨论过的图2示意性地示出了现有技术的焊接钢部件，其中第一板和第二板根据搭接配置被焊接为一个在另一个上方，

-已经讨论过的图3示意性地示出了图2的焊接钢部件，其中当焊接部件经受拉伸力时围绕焊缝发生旋转，

-图4示意性地示出了呈第一优选变体的根据本发明的焊接钢部件，其中第一板和第二板为啮合边缘配置，

-图5示意性地示出了图4的本发明的焊接钢部件，为简化起见，未示出焊缝，

-图6示意性地示出了呈第二变体的根据本发明的焊接钢部件，其中未示出焊缝，并且其中第一板的外周边缘的上表面不平行于第二板的外周边缘的焊接部的上表面，

-图7示意性地示出了呈第三变体的根据本发明的焊接钢部件，其中未示出焊缝，并且其中外周边缘的上表面不与第二板的外周边缘的焊接部的上表面纵向对齐，

-图8示意性地示出了呈第四变体的根据本发明的焊接钢部件，其中未示出焊缝，并且其中第一板和第二板的厚度不同，

-图9示意性地示出了图6的焊接钢部件，其中示出了焊缝，并且其中焊缝的焊趾不纵向对齐，

-图10示意性地示出了应用于图4的第一变体的焊接钢部件的第二板的外周边缘的倾斜部与所述第二板的纵向厚度中部表面之间的角α，

-图11示意性地示出了本发明的热压钢部件，其可以用作本发明的焊接钢部件中的第二板，

-图12a至12e示意性地示出了本发明的方法的主要步骤。图12a示出了提供第一钢板和第二钢板的步骤。图12b示出了使第二钢板的外周边缘变形以允许制造本发明的热压钢的步骤。图12c示出了将第一板的外周边缘定位在第二板的外周边缘的端部的上表面的上方和附近的步骤。图 12d示出了通过使用填充焊丝焊接如此定位的第一钢板和第二钢板的步骤。图12e示出了通过本发明的方法制造的焊接钢部件。

本发明尤其旨在提出通过焊接第一板与第二板获得的焊接钢部件。第一板和第二板中的至少一者由钢基材制成并且包括铝合金的涂层。在本发明的上下文中，铝合金被限定为相对于涂层测得平均包含至少30重量％的铝。焊接操作使用在熔融和冷却之后构成焊缝的焊丝，所述焊缝连接第一板和第二板并成为所述焊接钢部件的一部分。

根据本发明并参照图4和图5，根据汽车领域中的结构部件和安全部件的通常的制造操作，第一板2和第二板3中的至少一者为热压成型部件。此外，第一板2和第二板3的各自的外周边缘2a、3a为啮合边缘型配置。这样的啮合边缘配置可以通过将第一板2的外周边缘2a布置在第二板2 的外周边缘3a的上表面3a11的上方或者上表面上或附近来限定。更准确地，外周边缘3a具有大体为“S”形的特定几何形状，其包括端部3a1，端部3a1通过倾斜接合部3a2延伸，倾斜接合部3a2通过焊接部3a3延伸。倾斜接合部3a2的上表面3a21的至少一部分与第一板2的外周边缘2a的边缘2a3至少在横向上界定出容纳焊缝4(图4)的凹槽5(图5)。

此外，焊接部3a3与第一板2的外周边缘2a纵向连续。纵向连续对于避免在熔合区Z₁中发生由拉伸应力产生的断裂并确保焊接钢部件的机械阻力大于700MPa是必需的。

纵向连续首先通过第一板和第二板中的中心纤维的至少部分对齐，或者更准确地，第一板的中心纤维和第二板2的外周边缘3a的焊接部3a3 的中心纤维的至少部分对齐来限定。板的中心纤维被定义为位于相应板的厚度中部区上的中心区。

纵向连续通过焊接部3a3的厚度中部区6的至少一部分与第一板2的外周边缘2a的厚度中部区7的至少一部分的纵向对齐来限定。每个厚度中部区6、7在截面中通过以相应板2、3的厚度中部表面6a、7a为中心的厚度H₂₁、H₃₁来限定。这些厚度中部区6、7的厚度被限定为等于各板 2或板3的40％。厚度中部区6、7的纵向对齐通过以下方式限定：界定厚度中部区6的平面的虚拟延长部分与第一板2的边缘2a3相交。这些交点称为投影点P。当至少一个如此获得的投影点P位于厚度中部区7a内时，厚度中部区6和7被限定为纵向连续。由于这种纵向连续，发明人已经发现，当焊缝承受拉伸力时，根部中的剪切应变降低。

根据本发明，如前所述，具有铝涂层的第一板2和第二板3的各自外周边缘2a、3a的啮合边缘配置使得可以制造极限拉伸应力高于700MPa 并确保避免焊缝4中的断裂的焊接钢部件，如随后将在实施例中看到的。

在图4和图5的第一变体的焊接钢部件中，第一板2的外周边缘2a 的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31平行。这种配置是优选的配置，特别是因为其使得可以生产其中焊缝4的近端区纵向对齐、并在焊缝的每一侧上赋予两个板2、3连续的平的表面的焊接钢部件。

或者，如图6所示，焊接部3a3相对于第一板2的厚度中部表面7a 倾斜。然而，平行于第二板3的厚度中部表面区6并位于相应的厚度中部区6中的至少一条直线在第一板2的外周边缘2a的边缘2a3上的投影点P 位于第一板2的厚度中部区7处。这样的配置符合以上所给出的第二板3 的外周边缘3a的焊接部3a3与第一板2的外周边缘2a纵向连续的一般限定。在这种配置中，与焊接部3a3相邻的区3a4平行于第一板2的外周边缘2a的纵向轴或在第一板2的外周边缘2a的纵向轴内从而确保了组合件的平整度。

在图4和图5的第一变体的焊接钢部件中，第一板2和第二板3具有大约相同的厚度(即，其厚度差小于10％)，并且第一板2的外周边缘2a 的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31纵向对齐。考虑到第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31纵向对齐，考虑到第一板2和第二板3 的厚度该配置是优选的配置。关于第一板2和第二板3的厚度，该配置对应于许多工业需求。关于第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3 的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31的纵向对齐，该配置为焊接区的近端区提供了最佳平整度，并且还为焊缝4提供了优选的定位，将进一步对其详细描述。

或者，如图7所示，第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3 的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31平行，但不纵向对齐。然而在该变体中，第一板2和第二板3的厚度H₂₂、H₃₂相等。

或者，如图8所示，第一板2的厚度H₂₂小于第二板3的厚度H₃₂。然而在该变体中，第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31纵向对齐。

考虑到第一板和第二板的厚度H₂₂、H₃₂相等，以及第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部的上表面3a31平行但不纵向对齐，以及各自的厚度中部区(6、7)纵向对齐，图中未示出但在本发明的范围内的另一变体可以组合图7和图8的特征。

要考虑的另一特征是焊缝4，特别是焊缝4的分别位于第一板2的外周边缘2a的上表面2a1上和第二板3的外周边缘3a1的上表面3a31上的相对的焊趾4a-4b的定位。当第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘的焊接部3a3的上表面3a31纵向对齐时，如图1所表示的变体的情况，这使得焊缝4的两个相对的焊趾4a、4b也纵向对齐。相反，当第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面不纵向对齐时，如图9所表示的变体的情况，这可以在焊缝4的两个相对的焊趾4a、4b之间产生纵向偏移。在未示出的另一定位中，第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘的焊接部3a3的上表面3a31纵向对齐，而焊缝4的两个相对的焊趾4a、4b 不纵向对齐。焊缝4的两个相对的焊趾4a、4b的纵向对齐是优选的，特别是为了限制拉伸力期间焊接钢部件1的过度旋转，如参照图1至图3所述，其中以相反方向施加的两个拉伸力通过箭头F表示。

参照图10，要考虑的另一特征是第二板3的外周边缘3a的倾斜接合部3a2与所述第二板3的纵向厚度中部表面6a之间的角α。α角的最小值为90度。在这种情况下，由倾斜接合部3a2的上表面3a21与第一板2的外周边缘2a的边缘2a3界定的凹槽5是小的。对于第一板2和第二板3 的外周边缘2a、3a的啮合边缘型配置，该α角在任何情况下都必须小于 180度。当α角大时，凹槽5也大，因此需要更大量的填充焊丝来完成焊接。还必须考虑第二板3的外周边缘3a的形成：如果角α较大，则形成将更容易。

优选地，角α角度为120度至160度。这样的值使得可以同时赋予第二板3的外周边缘3a更容易的形成以及赋予凹槽5合理的容积。优选地，该角为130度至150度。

如前所述，对于第一板2和第二板3中的任一者使用由铝合金制成的涂层都会导致在焊缝4中并且特别是在焊缝4的根部处存在铁素体。如前所述，软的铁素体的存在使焊缝4的极限拉伸剪切应力降低。然而，发明人以令人惊讶的方式得出了本发明的焊接钢部件的第一板2和第二板3的外周边缘2a、3a的啮合边缘型配置降低了在承受拉伸应力时焊缝4断裂的风险，尽管存在铁素体并因此弱化了焊缝4。如将在实施例中详细描述的，承受拉伸力的本发明的焊接钢部件的断裂不再会在熔合区Z₁中发生，并且与较高的UTS有关。

第一钢板2和第二钢板3为已经镀铝并且之后热压成型的钢板。铝涂层使得可以防止在冲压成型之前的加热和随后的冲压中的冷却期间钢基材氧化和脱碳。钢板2和钢板3的钢基材为用于热处理的钢，即，可以通过在奥氏体相区中加热之后的马氏体或贝氏体转变而获得结构硬化的钢。

优选地，热压成型之后的至少第一板2和第二板3的显微组织包含马氏体，这使得可以实现等于或高于1000MPa，并且优选地高于1500MPa 的UTS。

根据第一替代方案，第一板2和第二板3中的至少一者的化学组成按重量计包含：0.04≤C≤0.1％，0.3％≤Mn≤2％，Si≤0.3％，Ti≤0.8％， 0.015％≤Nb≤0.1％，Cr、Ni、Cu、Mo≤0.1％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。根据该替代方案，包含这种组成的钢板在热压成型之后的机械阻力 UTS为约500MPa。

根据第二替代方案，本发明的焊接钢部件的第一板2和第二板3中的至少一者的化学组成按重量计包含：0.06≤C≤0.10％、1.4％≤Mn≤1.9％、 0.2％≤Si≤0.5％、0.020％≤Al≤0.070％、0.02％≤Cr≤0.1％，其中： 1.5％≤(C+Mn+Si+Cr)≤2.7％、0.040％≤Nb≤0.060％、3.4×N≤Ti≤8×N，其中： 0.044％≤(Nb+Ti)≤0.090％、0.0005≤B≤0.004％、0.001％≤N≤0.009％、 0.0005％≤S≤0.003％、0.001％≤P≤0.020％，任选地：0.0001％≤Ca≤0.003％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。根据该替代方案，包含这种组成的钢板在热压成型之后的机械阻力UTS为约1000MPa。

根据第三替代方案，本发明的焊接钢部件的第一板2和第二板3中的至少一者的化学组成按重量计包含：0.20≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、 0.15％≤Si≤0.35％、0.020％≤Al≤0.070％、Cr≤0.3％、0.020％≤Ti≤0.060％、B ＜0.010％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。根据该替代方案，包含这种组成的钢板在热压成型之后的机械阻力UTS为约1500MPa。

根据第四替代方案，本发明的焊接钢部件的第一板2和第二板3中的至少一者的化学组成按重量计包含：0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、 0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、0％≤Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、 0.015％≤Ti≤0.10％、0％≤Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、 0.003％≤N≤0.010％、0.0001％≤S≤0.005％、0.0001％≤P≤0.025％，应当理解，钛和氮的含量满足：Ti/N＞3.42，以及碳、锰、铬和硅的含量满足

所述化学组成任选地包含以下元素中的一者或更多者：0.05％≤Mo≤0.65％、0.001％≤W≤0.30％％、0.0005％≤Ca≤0.005％，剩余部分由铁和源自生产的不可避免的杂质组成，板在所述板的表面的深度Δ的区域内包含镍含量Ni_surf，使得：Ni_surf>Ni_nom，Ni_nom表示钢的标称镍含量，以及使得表示在Δ内的最大镍含量的Ni_max：

以及使得：

深度Δ以微米表示，Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。根据该替代方案，包含这种组成的钢板在热压成型之后的机械阻力UTS高于约1800MPa。

有利地，第一板2和第二板3具有相同的化学组成。

本发明的焊接钢部件可以表现出在汽车领域中制造焊接钢部件，并且更特别地制造机动车辆的悬臂和/或底盘部件所需的厚度范围。为此，第一板2和第二板3的厚度为1.5mm至4mm。

第一板2和第二板3的化学组成可以根据以上所述的替代方案，其中所述第一板2和所述第二板3的厚度6b、7b为1.5mm至3mm。如将在实施例中所见，这种钢部件的机械阻力高于800MPa。

第一板2和第二板3的化学组成还可以根据第二、第三和第四替代方案，其中所述第一板2和所述第二板3的厚度6b、7b为2mm至4mm。如将在实施例中所见，这种钢部件的机械强度(UTS)大于700MPa。该厚度范围尤其使得可以制造通常较厚的机动车辆的底盘部件和结构部件。

参照图11，本发明还涉及用作本发明的焊接钢部件中的第二板3的热压成型部件。对于图4至图10的第二板3，所述热压成型部件为啮合边缘型配置，其中所述部件3的外周边缘3a包括端部3a1，所述端部3a1 通过倾斜接合部3a2延伸，所述倾斜接合部3a2通过中心部3a3延伸。在本发明的热压成型部件中，中心部3a3平行于端部3a1。端部3a1与中心部3a3之间的横向距离D1不超过10毫米。此外，端部3a1和倾斜接合部 3a2的增加的长度D2不超过50毫米。最后，倾斜接合部3a2与中心部3a3 形成120°至160°、优选地130°至150°的角α。考虑到制造用于汽车领域的部件，这使得本发明的热压成型部件可以用作本发明的焊接钢部件中的第二板。

优选地，热压成型之后的第二板3的显微组织包含马氏体，这使得可以实现等于或高于1000MPa，优选地高于1500MPa的UTS。

根据第一替代方案以及根据以上，第二板3的化学组成按重量计包含：0.04≤C≤0.1％，0.3％≤Mn≤2％，Si≤0.3％，Ti≤0.8％，0.015％≤Nb≤0.1％， Cr、Ni、Cu、Mo≤0.1％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。根据该替代方案，包含这种组成的钢板3在热压成型之后的机械阻力UTS为约500MPa。

根据第二替代方案以及根据以上，本发明的焊接钢部件的第二板3的化学组成按重量计包含：0.06≤C≤0.10％、1.4％≤Mn≤1.9％、0.2％≤Si≤0.5％、 0.020％≤Al≤0.070％、0.02％≤Cr≤0.1％，其中：1.5％≤(C+Mn+Si+Cr)≤2.7％、 0.040％≤Nb≤0.060％、3.4×N≤Ti≤8×N，其中：0.044％≤(Nb+Ti)≤0.090％、 0.0005≤B≤0.004％、0.001％≤N≤0.009％、0.0005％≤S≤0.003％、 0.001％≤P≤0.020％，任选地：0.0001％≤Ca≤0.003％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。根据该替代方案，包含这种组成的钢板3在热压成型之后的机械阻力UTS为约1000MPa。

根据第三替代方案以及根据以上，本发明的焊接钢部件的第二板3的化学组成按重量计包含：0.20≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、 0.15％≤Si≤0.35％、0.020％≤Al≤0.070％、Cr≤0.3％、0.020％≤Ti≤0.060％、B ＜0.010％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。根据该替代方案，包含这种组成的钢板3在热压成型之后的机械阻力UTS为约1500MPa。

根据第四替代方案以及根据以上，本发明的焊接钢部件的第一板2和第二板3的化学组成按重量计包含：0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、 0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、0％≤Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、 0.015％≤Ti≤0.10％、0％≤Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、 0.003％≤N≤0.010％、0.0001％≤S≤0.005％、0.0001％≤P≤0.025％，应当理解，钛和氮的含量满足：Ti/N＞3.42，以及碳、锰、铬和硅的含量满足

以及使得：

深度Δ以微米表示，Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。根据该替代方案，包含这种组成的钢板3在热压成型之后的机械阻力UTS高于1800MPa。

优选地，热压钢部件包括铝合金的涂层，所述铝合金被限定为相对于涂层测得平均包含至少30重量％的铝。

参照图12a至图12e，制造如前所述的焊接钢部件的本发明的方法包括以下步骤：

i)提供第一钢板2和第二钢板3(图12a)，

ii)使第二钢板3的外周边缘3a变形以形成端部3a1，所述端部3a1通过倾斜接合部3a2延伸至焊接部3a3(图12b)，

iii)将第一板2的外周边缘2a定位在第二板3的外周边缘3a的端部3a1 的上表面3a11的上方或者上表面上或附近，以形成凹槽5(图12c)，

iv)通过使用放置在预先制成的凹槽5中的填充焊丝8焊接如此定位的第一钢板2和第二钢板3(图12d)，然后第二板3的外周边缘3a的端部3a1 成为焊接支撑板，从而获得根据本发明的焊接钢部件(图12e)。

在提供第一钢板和第二钢板的步骤之前，可以通过冷成型、弯曲或通过热压成型进行步骤ii)。优选地，步骤ii)与所述第二板3的热成型步骤同时进行。由于这种前述的配置，第二板3的成型和第二板3的外周边缘 3a的成型可以在单一步骤中制备。

参照图12c，步骤iii)通过以下进行：使第一板2的外周边缘2a与第二板3的外周边缘3a的端部3a1以2毫米的最大间隙D3间隔开。超过 2mm时，所得焊接钢部件会表现出中心纤维的不对齐，而涉及低机械阻力。

还参照图12c，第一板2的边缘2a3这样布置：布置在第二板3的外周边缘3a的端部3a1与倾斜接合部3a2之间的接合处9处，距离所述端部3a1一侧上的该接合处9的最大距离D4为3mm。超过3mm时，凹槽 5的大容积将不利于焊接操作和最终的机械特性二者。

仍然参照图12c，对于之前解释的优点而言，在将外周边缘2a定位在第二板3的外周边缘3a的端部3a1上时，第一板2的外周边缘2a的上表面2a1与第二板3的外周边缘3a的焊接部3a3的上表面3a31优选地布置为纵向对齐为直线。

现在，关于焊接第一钢板2和第二钢板3的步骤，焊接工艺可以为弧焊工艺、激光焊接工艺或组合激光和弧的混合激光焊接工艺。当焊接工艺为弧焊工艺时，其可以为气体保护金属极电弧焊(GMAW)、气体保护钨极电弧焊(GTAW)或等离子弧焊(Plasma Arc Welding，PAW)。

按重量百分比计，填充焊丝的化学组成可以包含：

-0.03≤C≤0.14％、0.9≤Mn≤2.1％和0.5≤Si≤1.30％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

填充焊丝9的直径优选地为0.8mm至2mm。

最后，当焊接工艺为弧焊工艺时，焊接速度小于1.5m/分钟，以及焊接线能量为1.5kJ/cm至10kJ/cm。

以下两个实施例示出了对本发明的焊接钢部件进行的机械测试的结果，所述焊接钢部件由相同化学组成的第一板2和第二板3精制而成，所述化学组成对应于第三替代方案，其按重量计包含：0.22C、1.16％Mn、 0.26％Si、0.030％Al、0.17％Cr、0.035％Ti、0.003％B、0.001％S、0.012％P，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

实施例1：

本实施例的焊接钢部件由2.5mm的相同厚度的两个热压成型板精制而成。在900℃下加热8分钟之后，预先将每个板进行热压。所述板用铝合金涂覆，每个面上的涂层厚度为约50μm。

表1：对通过气体保护金属极电弧焊(GMAW)连接的厚度为2.5mm的本发明的焊接钢部件获得的拉伸测试结果

第二板3通过使用合适的工具进行的热成型操作来形成。

第一板2和第二板3的啮合边缘配置如图4和图12e所示，因此符合本发明的焊接钢部件的一般限定，其中特别地，第二板3的外周边缘3a 的焊接部3a3与第一板2的外周边缘2a纵向连续。

在三个实施例1A、1B和1C中，焊接钢部件的断裂发生在焊趾4b的约2mm处，总是在焊缝之外，因为本发明避免了在包括由于涂层熔融产生的铝导致的铁素体的焊缝的根部中过度的应变集中。

在三个实施例1A、1B和1C中，极限拉伸应力明显高于700MPa，接近对接焊技术获得的机械阻力(880MPa至910MPa)，远大于搭焊技术获得的为约740MPa机械阻力。

实施例2：

本实施例的焊接钢部件通过连接3.2mm的相同厚度的、在表面上具有约50μm的铝涂层的两个热压成型板来获得。

表2：对通过气体保护金属极电弧焊(GMAW)连接的厚度为3.2mm的本发明的焊接钢部件获得的拉伸测试结果

第一板2和第二板3的配置和形成以及焊接条件的操作与实施例1中提供的那些相同。

在两个实施例2A、2B中，断裂发生在焊缝之外，并且更准确地，参照图12e，断裂发生在焊趾4b的水平面处的第二板3一侧。与以上讨论的搭焊的情况相反，这种断裂系统地发生在焊缝之外。

在两个实施例2A、2B中，极限拉伸应力大于700MPa的目标值，并且远大于相同板厚度的搭焊技术获得的机械阻力(约550MPa)。如果机械阻力仍然低于对接焊技术所获得的机械阻力，这是由于相对的焊趾4a-4b的轻微的不对齐导致了极限拉伸应力的降低。然而，焊缝之外的系统性断裂以及用于进行焊接的自然支撑部(第二板3)的存在涉及本发明的焊接钢部件的有利特性。

因此，本发明使得可以将根据本发明的焊接部件用于制造汽车工业的悬臂或底盘部件。

Claims

1.一种制造焊接钢部件的方法，包括以下步骤：

i)提供第一钢板(2)和第二钢板(3)，所述第一钢板(2)和所述第二钢板(3)中的至少一者由钢基材制成并且包括铝合金的涂层，以及为热压成型的，

ii)使所述第二钢板(3)的外周边缘(3a)变形以形成端部(3a1)，所述端部(3a1)通过倾斜接合部(3a2)延伸至焊接部(3a3)，

iii)将所述第一钢板(2)的外周边缘(2a)定位在所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)的所述端部(3a1)的上表面(3a11)上或附近，以形成由所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)的所述倾斜接合部(3a2)的上表面(3a21)的至少一部分与所述第一钢板(2)的所述外周边缘(2a)的边缘(2a3)横向界定的凹槽(5)，所述倾斜接合部(3a2)通过与所述第一钢板(2)的所述外周边缘(2a)纵向连续的焊接部(3a3)延伸，

iv)通过使用放置在预先制成的所述凹槽(5)中的填充焊丝(8)焊接如此定位的所述第一钢板(2)和所述第二钢板(3)，其中所述焊丝(8)在熔融和冷却之后构成焊缝(4)，所述焊缝(4)连接所述第一钢板(2)与所述第二钢板(3)并且成为所述焊接钢部件的一部分，所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)的所述端部(3a1)为焊接支撑板，

·其中所述纵向连续通过所述焊接部(3a3)的厚度中部区(6)的至少一部分与所述第一钢板(2)的所述外周边缘(2a)的厚度中部区(7)的至少一部分的纵向对齐来限定，以及

·其中所述厚度中部区(6，7)的纵向对齐通过以下位置来限定：平行于所述第二钢板(3)的所述厚度中部表面区(6)并且位于对应的厚度中部区(6)中的至少一条直线在所述第一钢板(2)的所述外周边缘(2a)的所述边缘(2a3)上的投影点(P)的位置，所述位置位于所述第一钢板(2)的所述厚度中部区(7)中，

·其中每个所述厚度中部区(6，7)在截面中通过以对应的钢板(2，3)的厚度中部(6a，7a)为中心的区(H₂₁，H₃₁)限定，所述厚度中部区(6，7)的厚度等于相应钢板(2，3)的厚度的40％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)变形的步骤通过冷成型进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)变形的步骤通过弯曲进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在提供所述第一钢板和所述第二钢板的步骤之前，通过热压成型进行使所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)变形的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)的热压成型步骤与所述第二钢板(3)的热压成型步骤同时进行。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一钢板(2)和所述第二钢板(3)中的至少一者的化学组成按重量计包含：0.20≤C≤0.25％、1.1％≤Mn≤1.4％、0.15％≤Si≤0.35％、0.020％≤Al≤0.070％、Cr≤0.3％、0.020％≤Ti≤0.060％、B<0.010％、B<0.010％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一钢板(2)和所述第二钢板(3)中的至少一者的化学组成按重量计包含：0.24％≤C≤0.38％、0.40％≤Mn≤3％、0.10％≤Si≤0.70％、0.015％≤Al≤0.070％、0％≤Cr≤2％、0.25％≤Ni≤2％、0.015％≤Ti≤0.10％、0％≤Nb≤0.060％、0.0005％≤B≤0.0040％、0.003％≤N≤0.010％、0.0001％≤S≤0.005％、0.0001％≤P≤0.025％，应当理解，钛和氮的含量满足：Ti/N＞3.42，以及碳、锰、铬和硅的含量满足

所述化学组成任选地包含以下元素中的一者或更多者：0.05％≤Mo≤0.65％、0.001％≤W≤0.30％％、0.0005％≤Ca≤0.005％，剩余部分由铁和源自生产的不可避免的杂质组成，所述钢板在所述钢板的表面的深度Δ的区域内包含镍含量Ni_surf，使得：Ni_surf>Ni_nom，Ni_nom表示钢的标称镍含量，以及使得表示在Δ内的最大镍含量的Ni_max：

以及使得：

深度Δ以微米表示，Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中焊接工艺为使用保护气体的弧焊工艺、激光焊接工艺或混合激光焊接工艺。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述弧焊工艺为气体保护金属极电弧焊、气体保护钨极电弧焊或等离子弧焊。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述填充焊丝的化学组成按重量计包含0.03≤C≤0.14％、0.9≤Mn≤2.1％和0.5≤Si≤1.30％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述填充焊丝的化学组成按重量计包含0.03≤C≤0.14％、0.9≤Mn≤2.1％和0.5≤Si≤1.30％，剩余部分为铁和不可避免的杂质。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述填充焊丝(8)的直径为0.8mm至2mm。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中焊接工艺以小于1.5m/分钟的焊接速度进行，以及焊接线能量为1.5kJ/cm至10kJ/cm。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在步骤iii)中，将所述第一钢板(2)的所述外周边缘(2a)定位在所述第二钢板(3)的所述外周边缘(3a)的所述端部(3a1)的所述上表面(3a11)的上方。