CN111515530A - 铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法 - Google Patents

铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法，通过采用高强度钢焊丝对铝硅镀层热成形钢进行激光送丝焊接，可得到成形良好的铝硅镀层热成形钢激光送丝搭接焊缝；本发明通过选择合适填充材料高强度钢焊丝，控制激光送丝工艺，通过填充材料稀释了溶解在焊缝中的铝镀层，从而控制焊缝组织，获得了高质量的搭接焊接头，同时也适用于汽车用镀铝硅热成形钢焊接；与传统激光搭接方法相比，本发明不需要清除热成形钢表面的铝硅镀层，简化了搭接焊工艺流程，提高了生产效率，同时，由于焊丝的溶入，解决了自熔焊容易出现的表面塌陷问题，使焊缝饱满，从而提高了搭接焊接头强度，即提高了搭接接头的力学性能。

Description

铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法。
背景技术
随着能源紧缺和环境污染问题的加剧，汽车工业正面临着日益严峻的挑战，汽车制造轻量化是汽车行业发展的一个重要方向，通过降低汽车的重量以达到节能减排的目的。汽车轻量化是指在保证汽车的强度和安全性能的前提下，通过优化结构和材料尽可能地减少汽车的自身重量，提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低污染。虽然一些轻质材料，如铝合金、镁合金、钛合金、复合材料及碳纤维材料等也可减轻整车质量，降低油耗，但其成形性能、硬度、焊接性能等都无法与钢铁材料匹敌，因此，高强度和超高强钢钢板不断受到汽车制造商的关注。
热成形钢是汽车行业广泛采用的一种超高强汽车用钢，它是通过热成形技术，把特殊的高强度硼合金钢加热使之奥氏体化，然后将红热的板料送入有冷却系统的模具内冲压成形，同时被快速冷却，钢板组织由奥氏体转变为马氏体，从而得到具有超高强度的钢板。为防止热成形钢在热冲压过程中被氧化，通常会在钢板表面镀一层铝硅镀层。然而，在后续的焊接过程中，由于镀层中的铝进入焊缝，甚至在熔合区等部位偏析形成铁素体，导致焊缝的强度及塑性韧性变差。为了焊接镀铝硅热成形高强钢，目前常通过激光清洁、机械打磨、喷丸等技术清除镀层，再进行焊接。正因为此，清除工序会增加设备投入，且清除速度较低，使生产效率降低，生产成本增加；同时，需对清除后产生的粉尘进行收集和处理，增加了生产辅助成本。
目前对于铝硅镀层热成形钢的焊接，大多集中在铝硅镀层热成形钢对接接头焊接(拼焊)工艺及方法的研究，如公开号为CN104023899A和CN106392328A的专利等，然而在实际制造过程中，将热成形钢进行搭接后使用也屡见不鲜。从现有的资料来看，对铝硅镀层热成形钢搭接焊工艺及方法研究较少，从有限的资料来看，主要采用纯激光焊和电阻点焊等方法进行焊接。电阻点焊不能进行封闭型焊接，且接头质量缺乏合适的无损检测方法。纯激光虽然能进行高效焊接，但由于铝镀层进入焊缝降低了接头的质量，如韩国的C Kim纯激光搭接焊接头强度为335MPa，为母材强度的22％(C.Kim,M.J.Kang,Y.D.Park.Laser weldingof Al-Si coated hot stamping steel.Procedia Engineering,2011,10:2226-2231)，上海交通大学华学明课题组报道纯激光搭接焊铝硅镀层热成形钢的接头抗拉强度约375MPa，为母材的25％(张帆.镀层对高强钢光纤激光焊接过程及接头性能的影响研究.上海交通大学，2015)。因此，亟需寻找一种提高铝硅镀层热成形钢搭接焊缝性能的焊接工艺及方法。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法。即通过采用高强度钢焊丝对铝硅镀层热成形钢进行激光送丝焊接，可得到成形良好的铝硅镀层热成形钢激光送丝搭接焊缝。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法，其包括
在填充焊丝的条件下，将铝硅镀层热成形钢通过激光送丝工艺进行搭接，其中，焊丝为市售的高强度钢焊丝，强度不低于690MPa，直径为0.8mm、1.2mm或2mm。
在本发明的一种优选实施例中，搭接的长度为5-10mm，搭接的间隙为0-0.5mm。
在本发明的一种优选实施例中，铝硅镀层热成形钢的厚度为0.8-2mm，铝硅镀层热成形钢中铝硅镀层的厚度为20-40μm。
在本发明的一种优选实施例中，采用激光送丝工艺进行焊接时，焊丝在前，激光在后，通过前置送丝的方式进行送入，然后进行激光焊接。
在本发明的一种优选实施例中，送丝的角度为20-40°，送丝的速度为0.5-2m/min。
在本发明的一种优选实施例中，激光的入射角度为85-90°，激光的功率1.5-3.5kW，焊接的速度为1-3m/min。
在本发明的一种优选实施例中，激光送丝工艺中，采用氩气对熔池进行保护，气流量为10-25L/min。
在本发明的一种优选实施例中，搭接前，采用溶剂对铝硅镀层热成形钢进行预处理。
在本发明的一种优选实施例中，溶剂可以为有机溶剂，有机溶剂选自丙酮或乙醇中的一种以上。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明选用合适的填充材料(高强度钢焊丝)稀释溶解在焊缝中的铝镀层，然后通过控制焊接工艺，获得高质量的搭接接头，同时也适用于汽车用镀铝硅热成形钢焊接。
第二、与传统激光搭接方法相比，本发明不需要清除热成形钢表面的铝硅镀层，简化了搭接焊工艺流程，提高了生产效率，同时，由于焊丝的溶入，解决了自熔焊容易出现的表面塌陷问题，使焊缝饱满，从而提高了搭接焊接头强度，即提高了搭接接头的力学性能。
附图说明
图1为本发明的铝硅镀层热成形钢的激光填丝搭接焊装配示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法。
本发明的铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法包括：
在填充焊丝的条件下，将铝硅镀层热成形钢通过激光送丝工艺进行搭接，从而实现铝硅镀层热成形钢搭接的焊接接头有效连接。选择合适的填充材料(高强度钢焊丝)，通过填充材料对焊缝进行冶金调整，特别是对溶解的铝的稀释，控制焊接工艺，从而获得高质量的搭接接头。
其中，铝硅镀层热成形钢的厚度为0.8-2mm，铝硅镀层热成形钢中铝硅镀层的厚度为20-40μm。焊接前需对铝硅镀层热成形钢进行预处理：用棉花球蘸取丙酮或酒精等有机溶剂擦拭该热成形钢的正反表面，目的是去除表面油污等杂质；然后对经过擦拭的热成形钢进行快速吹干，放于干燥处待焊。
将上述经过焊前处理的热成形钢按照图1所示进行装配组成搭接接头，搭接的长度可以为5-10mm，优选为5mm；搭接的间隙可以为0-0.5mm，优选为0.1mm。选择合适的填充材料(高强度钢焊丝，强度不低于690MPa)，送丝机构固定在激光头上，焊丝在前，激光在后，通过前置送丝方式进行送入，然后激光焊接。送丝的角度可以为20-40°，优选为40°；送丝的速度可以为0.5-2m/min，优选为0.7m/min；激光的入射角度可以为85-90°，优选为85°；激光的功率可以为1.5-3.5kW，优选为2kW；焊接的速度可以为1-3m/min，优选为1m/min。在激光送丝工艺中，采用氩气对熔池进行保护，气流量可以为10-25L/min，优选为15L/min。焊接时，启动激光和送丝系统，通过激光熔化焊丝形成熔滴，同时激光熔化母材，熔滴滴入熔池与母材混合，冷却后形成焊缝。
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
本实施例的铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法包括：
将经过焊前预处理的铝硅镀层热成形钢按照图1所示进行装配组成搭接接头，搭接的长度为5mm，搭接的间隙为0.1mm。在填充焊丝的条件下，将铝硅镀层热成形钢通过激光送丝工艺进行搭接，焊丝为直径1.2mm的ER110S-G高强度钢焊丝，采用前置送丝，焊丝与热成形钢的角度为40°。激光的入射角度为85°。
在激光送丝工艺中，焊接工艺参数为：激光的功率为2kW，焊接的速度为1m/min，送丝的速度为0.7m/min。采用氩气进行保护时，氩气的流量为15L/min。
焊接后观察整个焊缝成形良好，无飞溅，且为全熔透焊缝。焊缝中心为马氏体和少量的铁素体；热影响区分为三部分，分别为靠近焊缝的内部热影响区(组织主要为板条马氏体)、中部热影响区(组织为马氏体和铁素体)以及外部热影响区(组织为回火马氏体)；外部热影响区为硬度较低的软化区。该工艺的焊缝经拉伸试验，接头断裂在热影响区的软化区；接头拉伸强度可达到1050MPa，远高于不加焊丝的搭接接头。
实施例2：
本实施例的铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法包括：
将经过焊前预处理的铝硅镀层热成形钢按照图1所示进行装配组成搭接接头，搭接的长度为5mm，搭接的间隙为0.1mm。在填充焊丝的条件下，将铝硅镀层热成形钢通过激光送丝工艺进行搭接，焊丝为直径1.2mm的ER110S-G高强度钢焊丝，采用前置送丝，焊丝与热成形钢的角度为40°。激光的入射角度为85°。
在激光送丝工艺中，焊接工艺参数为：激光的功率为2.5kW，焊接的速度为1.5m/min，送丝的速度为1.2m/min。采用氩气进行保护时，氩气的氩气流量为15L/min。
焊接后观察整个焊缝成形良好，无飞溅，且为全熔透焊缝。焊缝中心为马氏体和少量的铁素体；热影响区分为三部分，分别为靠近焊缝的内部热影响区(组织主要为板条马氏体)、中部热影响区(组织为马氏体和铁素体)以及外部热影响区(组织为回火马氏体)；外部热影响区为硬度较低的软化区。该工艺的焊缝经拉伸试验，接头断裂在热影响区的软化区；接头拉伸强度可达到1100MPa，远高于不加焊丝的搭接接头。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝硅镀层热成形钢的激光送丝焊接方法，其特征在于：其包括：
在填充焊丝的条件下，将铝硅镀层热成形钢通过激光送丝工艺进行搭接，其中，所述焊丝的强度不低于690MPa。
2.根据权利要求1所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述搭接的长度为5-10mm，所述搭接的间隙为0-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述铝硅镀层热成形钢的厚度为0.8-2mm，所述铝硅镀层热成形钢中铝硅镀层的厚度为20-40μm。
4.根据权利要求1所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：采用激光送丝工艺进行焊接时，通过前置送丝的方式送入，然后进行激光焊接。
5.根据权利要求4所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述送丝的角度为20-40°，所述送丝的速度为0.5-2m/min。
6.根据权利要求4所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述激光的入射角度为85-90°，所述激光的功率1.5-3.5kW，所述焊接的速度为1-3m/min。
7.根据权利要求1所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述激光送丝工艺中，采用氩气对熔池进行保护，气流量为10-25L/min。
8.根据权利要求1所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述搭接前，采用溶剂对铝硅镀层热成形钢进行预处理。
9.根据权利要求8所述的激光送丝焊接方法，其特征在于：所述溶剂选自丙酮或乙醇中的一种以上。
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