CN112458243A - 改善超高强度qp钢弧焊热影响区软化区软化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法，包括如下步骤：步骤1、确定软化区的宽度及位置；步骤2、确定激光光斑的直径；步骤3、设置激光光斑的功率为0.5‑1.5kW，扫描速度为33‑66mm/s；步骤4、确定激光淬硬路径并对超高强度QP钢正面焊缝一侧进行激光淬硬；步骤5、重复步骤4对超高强度QP钢正面焊缝另一侧进行激光淬硬处理；步骤6、重复步骤2‑5对超高强度QP钢反面进行激光淬硬处理。本发明提供的激光淬硬方法，能够有效改善超高强度QP钢薄板弧焊焊接过程中出现热影响区软化的问题，提高原软化区的硬度，大幅降低甚至消除软化区的宽度。

Description

改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法
技术领域
本发明涉及焊后接头激光加工技术领域，尤其涉及一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法。
背景技术
随着全球资源日益减少，大气污染日益严重，汽车轻量化、节能减排早已被现代车企提上日程。超高强度钢相较其他钢种而言，同等条件下同时具有较高的强度和较强的塑性，使其在汽车轻量化中具有广阔的应用前景。淬火－配分(QP)钢是第三代低碳含量的先进高强度钢，铁素体、大量贫碳马氏体和少量富碳残余奥氏体是QP钢的微观组织构成。QP钢焊接性良好，在弧焊过程中，焊缝成形良好，不易产生裂纹，但是在超高强度级别的(抗拉强度≥980MPa)QP钢弧焊过程中热影响区存在严重的软化现象，软化区宽度甚至可以达到热影响区宽度的50％以上，在热输入量相对较小的CMT弧焊过程中，软化区的宽度仍可达2000μm或以上。严重的软化现象会导致接头的强度和延伸率明显下降。因此，改善或消除焊接导致的热影响区软化现象具有重要的意义。
目前关于改善焊接热影响区软化的方法有很多种，其中，较常用的方法是通过焊接工艺优化，减少焊接过程的热输入从而减小热影响区的软化宽度，但这种方法对于具有较大热输入特点的弧焊而言，软化区宽度改变较为有限；采用随焊冷却装置，通过冷却介质能够有效降低热影响区的受热温度，从而减少软化宽度，但该种方法需对生产线进行设计，增添冷却装置，导致生产成本增加；采用全厚度激光重熔的方法也可以改善热影响区软化现象，该方法的热输入能量较小，热影响区较窄，且应用方便，可有效改善热影响区软化现象，但该方法在母材熔化再凝固成形过程中会出现气孔、咬边、下凹、飞溅、裂纹等问题；采用激光脉冲的方法，以1-2mm/s的速度对焊接接头的部分熔化区和过热区进行激光淬硬，但是如此慢的淬硬速度下会在淬硬层外的区域出现明显的回火现象，极易导致新的软化区产生。因此，本领域的技术人员致力于开发一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化的方法，包括如下步骤：
步骤1、确定软化区的宽度及位置；
步骤2、确定激光光斑的直径：当所述软化区的宽度小于等于1.6mm时，则所述激光光斑的直径等于所述软化区的宽度；当所述软化区的宽度大于1.6mm时，则所述激光光斑的直径等于软化区宽度的20-50％；
步骤3、设置激光光斑的功率为0.5-1.5kW，扫描速度为33-66mm/s；
步骤4、确定激光淬硬路径并对超高强度QP钢正面焊缝一侧进行激光淬硬：当所述软化区的宽度小于等于1.6mm时，则进行一道激光淬硬处理；当所述软化区的宽度大于1.6mm时，则进行多道激光淬硬处理；
步骤5、重复步骤2-4对超高强度QP钢正面焊缝另一侧软化区进行激光淬硬处理；
步骤6、重复步骤2-5对超高强度QP钢反面软化区进行激光淬硬处理。
进一步地，步骤1中，对所述超高强度QP钢的焊接接头横截面进行金相取样，并测试其硬度，取硬度小于超高强度QP钢平均硬度8％的区域为软化区。
进一步地，步骤4中，当所述软化区的宽度小于等于1.6mm时，软化区靠近焊缝侧的边界为内边界线，将所述激光光斑置于软化区内且与所述内边界线相切，从起弧端一侧开始沿平行于焊缝长度方向行走直至收弧端结束，完成一道激光淬硬处理。
进一步地，步骤4中，当所述软化区的宽度大于1.6mm时，软化区靠近焊缝侧的边界为内边界线，将所述激光光斑置于软化区内且与所述内边界线相切，从起弧端一侧开始沿平行于焊缝长度方向行走直至收弧端结束，完成第一道激光淬硬处理，随后将激光光斑回到起点并将所述激光光斑圆心沿垂直于焊缝长度方向向远离焊缝一侧移动所述一个激光光斑直径的距离，沿平行于焊缝长度方向行走直至收弧端结束，完成第二道激光淬硬处理，重复上述步骤，直至软化区激光淬硬完成，需要注意的是，当软化区的宽度较大时，以道次少为宜。
进一步地，步骤4-6中，所述激光光斑的功率和扫描速度相同。
进一步地，步骤3中，所述激光光斑的功率为0.5kW，扫描速度为33mm/s。
进一步地，所述激光为光纤激光、半导体激光、CO2激光中的一种。
进一步地，所述超高强度QP钢的平均硬度为400HV，厚度为1.6mm。
进一步地，所述超高强度QP钢焊缝一侧淬火后的软化区宽度小于0.8mm。
进一步地，淬硬层的总厚度不低于超高强度QP钢总厚度的60％。
本发明提供了一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法，采用激光热源将超高强度QP钢热影响区软化区加热至奥氏体相变温度以上，再快速冷却至室温而形成大量的马氏体，达到淬硬的目的，激光淬硬处理能够对窄小的区域进行局部淬硬，工件表面淬硬宽度可控，并且焊接效率高，不需要水、油等冷却介质便能快速冷却，淬硬处理过程干净，淬硬效果较好；此外，本发明提供的激光淬硬过程中，扫描速度较高(33-66mm/s)，光斑停留时间短，激光淬硬导致的回火区宽度将远小于淬硬区，因此不会导致新的软化区出现；本发明还根据软化区的宽度和位置设计相应的光斑大小，在对软化区进行淬硬处理的基础上，还可以避免光斑过大导致光斑边缘与光斑中心处能量相差过大导致材料淬硬不充分的现象；根据软化区的宽度设计不同的激光淬硬路线、激光功率和光斑直径，对软化区进行精细地淬硬，减少了能量浪费；采用正反面淬硬的方式，能简化激光淬硬的工艺调试步骤，也能扩大淬硬深度。因此，本发明提供的激光淬硬方法，能够有效改善超高强度QP钢焊接过程中出现的热影响区软化的问题，可有效提高原软化区的硬度，明显降低软化区的宽度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一实施例中激光淬硬处理示意图；
图2是本发明一实施例中超高强度QP钢在激光淬硬处理前后焊缝一侧热影响区硬度分布情况示意图；
图3是本发明一实施例中超高强度QP钢激光淬硬处理处横截面硬度分布情况示意图。
附图标记说明：
1-软化区；2-焊缝；3-第一道激光淬硬路径；4-第二道激光淬硬路径；5-激光光斑；6-内边界线。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
本实施例提供了一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法，其中，超高强度QP钢为QP1180钢，平均硬度为400HV，厚度为1.6mm。
如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、对超高强度QP1180钢焊接接头横截面进行金相取样，并进行硬度表征，将热影响区中硬度小于超高强度QP钢平均硬度8％的区域确定为软化区，图1中焊缝2两侧宽度为2mm的区域为软化区1；
步骤2、确定激光光斑5的直径为1mm；
步骤3、设置激光光斑5的功率为0.5kW，扫描速度为33mm/s；
步骤4、确定淬硬路径并对正面焊缝一侧软化区进行激光淬硬，其中，正面为原施焊面：从超高强度QP钢正面软化区1中焊缝2左侧开始，以激光光斑中心离内边界线6为一个光斑半径距离，按照第一道激光淬硬路径3，从起弧端开始平行于焊缝2长度方向进行激光淬硬，直至收弧端结束；第一道淬硬完成后，光斑回到起点并垂直于焊缝1长度方向向母材侧移动1mm，按照第二道激光淬硬路径4，完成第二道激光淬硬处理，按照相同的方法对焊缝2右侧进行激光淬硬。焊缝左侧软化区淬火完成后对右侧软化区进行淬火。
步骤5、重复步骤4对超高强度QP钢焊缝2另一侧进行激光淬硬处理；
步骤6、重复步骤2-5对超高强度QP钢反面进行激光淬硬处理。
本实施例进一步对QP1180钢软化区淬硬后表面硬度分布以及未淬硬处理前的硬度分布进行分析，分析结果如图2所示，淬硬前，软化区分布于横坐标2000μm-4000μm之间；激光淬硬后，软化区仅在横坐标2000μm处及4400μm处出现，总宽度不超过400μm，软化区在热影响区中占比由59.1％降低至4.3％；淬硬区的平均硬度值由364.5HV提升至418.64HV，与母材相当；剩余软化区宽度为0.3mm。
本发明进一步对淬硬层厚度进行分析，分析结果如图3所示，横坐标小于-400μm与大于400μm之间区域硬度均大于400HV，故而淬硬层总深度为1mm，大于QP1180钢厚度的60％。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种改善超高强度QP钢弧焊热影响区软化区软化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定软化区的宽度及位置；
步骤2、确定激光光斑的直径：当所述软化区的宽度小于等于1.6mm时，则所述激光光斑的直径等于所述软化区的宽度；当所述软化区的宽度大于1.6mm时，则所述激光光斑的直径等于软化区宽度的20-50％；
步骤3、设置激光光斑的功率为0.5-1.5kW，扫描速度为33-66mm/s；
步骤4、确定激光淬硬路径并对超高强度QP钢正面焊缝一侧进行激光淬硬：当所述软化区的宽度小于等于1.6mm时，则进行一道激光淬硬处理；当所述软化区的宽度大于1.6mm时，则进行多道激光淬硬处理；
步骤5、重复步骤2-4对超高强度QP钢正面焊缝另一侧软化区进行激光淬硬处理；
步骤6、重复步骤2-5对超高强度QP钢反面软化区进行激光淬硬处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，对所述超高强度QP钢的焊接接头横截面进行金相取样，并测试其硬度，取硬度小于超高强度QP钢平均硬度8％的区域为软化区。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，当所述软化区的宽度小于等于1.6mm时，软化区靠近焊缝侧的边界为内边界线，将所述激光光斑置于软化区内且与所述内边界线相切，从起弧端一侧开始沿平行于焊缝长度方向行走直至收弧端结束，完成一道激光淬硬处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，当所述软化区的宽度大于1.6mm时，软化区靠近焊缝侧的边界为内边界线，将所述激光光斑置于软化区内且与所述内边界线相切，从起弧端一侧开始沿平行于焊缝长度方向行走直至收弧端结束，完成第一道激光淬硬处理，随后将激光光斑回到起点并将所述激光光斑圆心沿垂直于焊缝长度方向向远离焊缝一侧移动所述一个激光光斑直径的距离，沿平行于焊缝长度方向行走直至收弧端结束，完成第二道激光淬硬处理，重复上述步骤，直至软化区激光淬硬完成。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4-6中，所述激光光斑的功率和扫描速度相同。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述激光光斑的功率为0.5kW，扫描速度为33mm/s。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光为光纤激光、半导体激光、CO2激光中的一种。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述超高强度QP钢的平均硬度为400HV，厚度为1.6mm。
9.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述超高强度QP钢焊缝一侧淬火后软化区的宽度小于0.8mm。
10.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，淬硬层的总厚度不低于超高强度QP钢总厚度的60％。
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