CN113999965A - 一种提高高强度钢搭接焊接头性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高强度钢板焊接领域，公开了一种提高高强钢板搭接焊接头性能的方法，具体焊接方法为将两个工件搭接并实施激光焊接或者电阻点焊，所述两个工件至少一种为高强度钢，所述高强度钢基体组织含有奥氏体，所述高强度钢的厚度小于3.0mm，在所述工件完成焊接之后，对工件进行加热处理，加热温度为100‑300℃，加热时间为0.5分钟～60分钟。本发明焊接方法能够大幅提高接头强度和塑性。
Description
技术领域
本发明涉及高强度钢板焊接领域，具体涉及含有奥氏体组织高强度钢板的焊接方法。
背景技术
在汽车制造业，减轻汽车重量以实现节能减排、提高汽车的碰撞安全性等要求促使更高强度、更高韧性的钢在车身制造中的应用需求增加。为了同时提高钢板的强度和韧性，通常添加较多的合金元素、使用较为复杂的热处理工艺，以获得含有残余奥氏体的单相、双相或者多相组织，利用残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体形核，使钢板的强度和韧性同时提高。其中，第三代高强度钢发展迅速，包括Q&P(淬火配分)钢、中锰钢、TBF(相变诱导塑性贝氏体铁素体)钢等，具有广阔的应用前景。
但是，材料在焊接过程中焊缝及热影响区原始组织在热作用下发生相变，合金元素重熔发生偏析，较大的热温度梯度造成组织、应力不均匀分布。对超高强度钢、第三代高强度钢而言，原始基体组织与应力状态发生改变，使焊接接头力学性能弱化，不能满足后续生产过程以及安全对接头强度的需求。因此，提高焊接接头的强度与韧性是决定高强度钢规模化应用的关键因素，需要一种批量、高效处理焊接接头以提升性能的方法。
发明内容
为提高含有奥氏体组织高强度钢板的焊接质量，本发明提供了一种高强度钢板的焊接方法，本发明提供的一种技术方案为：将两个工件搭接并实施激光焊接或者电阻点焊，所述两个工件至少一种为高强度钢，所述高强度钢基体组织含有奥氏体，所述高强度钢的厚度小于3.0mm，在所述工件完成焊接之后，对工件进行加热处理，加热温度为100-300℃，加热时间为0.5分钟～60分钟。
在一优选例中，高强度钢基体所含奥氏体组织体积分数为5％～40％。
在另一优选例中，所述高强度钢基体材料抗拉强度大于600MPa。
在另一优选例中，所述高强度钢基体是淬火-配分钢(Q&P,quenching andpartition steel)。
在另一优选例中，所述两工件完成焊接之后，在空气环境下冷却，冷却时间小于12小时，冷却后进行加热处理。
在另一优选例中，所述加热处理过程的实施通过使用运动机构将工件输送至加热环境中，达到加热时间后移出至空气环境。
在另一优选例中，所述加热处理方式通过液态介质加热，将工件整体或者焊接区域浸没在处于加热温度范围的油或盐中；所述油或盐为常规热处理油浴用油与低温盐浴用盐。
在另一优选例中，所述激光焊接是通过激光束扫描工件上表面实施激光点焊，然后通过油浴进行加热处理，所述加热时间(t)与加热温度(T)的关系为：t＝21000*e^(-0.018*T)，t的单位为s；T的单位为℃；计算所得的加热时间为对应温度下达到最佳效果的最短加热时间。
在另一优选例中，所述加热处理方式通过空气介质加热，将工件整体输送至已处于加热温度的加热炉中。
在另一优选例中，焊接方式为电阻点焊，加热处理方式为通过加热炉进行加热，传热介质为空气，加热温度为100～300℃，加热时间为1分钟～120分钟，两焊接工件为厚度为1.0mm的QP980钢。
本发明的有益效果在于：本发明方法提高了含有奥氏体组织高强钢的搭接焊接质量，另外，本发明的加热处理工序，能够实现焊接部件连续批量处理，使生产效率得到大幅提高。
附图说明
图1是焊接工件整体通过传送带进出加热装置进行加热处理的示意图。
图2是多件焊接工件整体通过运动机构进出油浴/低温盐浴加热装置与过程示意图。
图3QP980钢电阻点焊钢板在100℃加热炉中放置时间对接头拉剪(TS)与正拉(CT)性能的影响，包括最大载荷(Peak Load)与相应的断裂吸能(Failure energy)。
图4是QP980钢电阻点焊样件在500℃加热炉中放置时间对接头性能的影响。
附图标记：1-单个高强度钢搭接焊工件；10-多个高强度钢搭接焊工件，加热处理前；11-多个高强度钢搭接焊工件，加热处理后；2-运动输送机构；3-加热炉；4-液态介质加热装置；41-油浴用油或低温盐浴用盐。
具体实施方式
下面将结合附图1-4以及相关实施例对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将两块厚度为1.0mm，抗拉强度为1037MPa的含奥氏体基体组织的Q&P980高强度钢板搭接在一起，采用电阻点焊进行焊接，形成搭接焊工件1。如图1所示，将单个高强度钢搭接焊工件1放置在运动输送机构2上，以一定的运动速率进入加热炉3，经过一段时间加热之后移出。其中，运动输送机构2的运动速率可以调节，以改变焊接工件处于加热炉3的时间范围。另外，加热炉3的加热温度范围可以调节，以改变焊接工件所处的温度范围，加热炉3内部处于空气环境。加热炉的温度为100-300℃，焊接工件1进加热炉到出加热炉的时间为1到120分钟。
如图2所示为上述QP980搭接电阻点焊工件焊接接头未经加热处理(withoutPWHT)时拉剪(TS)与正拉(CT)的性能，以及在100°的加热处理温度、不同加热时长情况下接头拉剪(TS)与正拉(CT)的性能，即最大载荷(Peak Load)与相应的断裂吸能(Failureenergy)，从图中可以看出，经过加热处理的焊缝接头的拉剪(TS)与正拉(CT)性能都有所提高，最长加热时间120分钟；在加热30分钟的情况下性能达到最优。
如图3所示为上述QP980搭接电阻点焊工件焊接接头未经加热处理(withoutPWHT)时拉剪(TS)与正拉(CT)的性能，以及在300°的加热处理温度、不同加热时长情况下接头拉剪(TS)与正拉(CT)的性能，即最大载荷(Peak Load)与相应的断裂吸能(Failureenergy)，从图中可以看出，经过加热处理的焊缝接头的拉剪(TS)与正拉(CT)性能都有所提高，最长加热时间120分钟；在加热10分钟的情况下性能达到最优。
实施例2
将两块厚度为1.0mm，抗拉强度为1037MPa的含奥氏体基体组织的Q&P980高强度钢板搭接在一起，采用激光束扫描进行焊接，获得激光点焊工件。如图4所示，将多个高强度钢搭接焊工件10通过运动输送机构2送入液态加热装置4中，以工件10整体进出油浴用油或低温盐浴用盐41中计算加热时间，时间范围是0.5分钟～60分钟，加热温度范围通过加热装置4进行调节，为100～300℃。
针对上述QP980搭接激光点焊工件，对接头拉剪样件进行不同时间、不同温度的油浴加热处理，测试接头拉剪性能。在油浴加热温度100℃时，加热时间10分钟，接头最大拉剪载荷为17.3kN，对应位移量为0.82mm；加热时间延长至60分钟，接头最大拉剪载荷为21.5kN，对应位移量为1.24mm，可见接头强度和塑性均有大幅增加。
当加热温度为290℃，加热时间为0.5分钟时，接头最大拉剪载荷为19.4kN，对应位移量为0.97mm；加热时间延长至2分钟，接头最大拉剪载荷为22.06kN，对应位移量为1.24mm，可见接头强度和塑性均有大幅提升，并且加热温度较高时，提升到同等水平所需要的时间大幅减少。加热时间与加热温度对应关系可以根据公式t＝21000*e^(-0.018*T)，t的单位为s；T的单位为℃；计算所得的加热时间为对应温度下达到最佳效果的最短加热时间。
在上述实施例中，以两层板叠层组合为例，值得注意的是，本发明方法可以适用于三层或者更多层的叠层组合。
以上所述，仅为本发明较直观的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，将两个工件搭接并实施激光焊接或者电阻点焊，所述两个工件至少一种为高强度钢，所述高强度钢基体组织含有奥氏体，所述高强度钢的厚度小于3.0mm，在所述工件完成焊接之后，对工件进行加热处理，加热温度为100-300℃，加热时间为0.5分钟～60分钟。
2.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述高强度钢基体所含奥氏体组织体积分数为5％～40％。
3.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述高强度钢基体材料抗拉强度大于600MPa。
4.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述高强度钢基体是淬火-配分钢(Q&P,quenching and partition steel)。
5.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述两工件完成焊接之后，在空气环境下冷却，冷却时间小于12小时，冷却后进行加热处理。
6.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述加热处理过程的实施通过使用运动机构将工件输送至加热环境中，达到加热时间后移出至空气环境。
7.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述加热处理方式通过液态介质加热，将工件整体或者焊接区域浸没在处于加热温度范围的油或盐中；所述油或盐为常规热处理油浴用油与低温盐浴用盐。
8.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述激光焊接是通过激光束扫描工件上表面实施激光点焊，然后通过油浴进行加热处理，此时，所述加热时间(t)与加热温度(T)的关系为：t＝21000*e^(-0.018*T)，t的单位为s，T的单位为℃；计算所得的加热时间为对应温度下达到最佳效果的最短加热时间。
9.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，所述加热处理方式通过空气介质加热，将工件整体输送至已处于加热温度的加热炉中。
10.如权利要求1所述提高高强度钢搭接焊接头性能的方法，其特征在于，焊接方式为电阻点焊，加热处理方式为通过加热炉进行加热，传热介质为空气，加热温度为100～300℃，加热时间为1分钟～120分钟，两焊接工件为厚度为1.0mm的QP980钢。
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