CN116689964A - 一种含铝镀层热成形拼焊零件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及热成形零件制备技术领域，尤其涉及一种含铝镀层热成形拼焊零件及其制备方法。所述方法包括：在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；在高频电流的作用下，对所述第一坯板和所述第二坯板之间的接触部位进行熔化，并在压力的作用下，将熔化金属挤出焊缝，并在所述焊缝的上下表面形成余高，后去除所述余高，得到拼焊板；对所述拼焊板进行热处理，后进行成形和淬火，得到含铝镀层热成形拼焊零件。本申请内容解决了现有含铝镀层热成形钢在激光焊接过程中形成的焊缝的性能不佳的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及热成形零件制备技术领域，尤其涉及一种含铝镀层热成形拼焊零件及其制备方法。
背景技术
由于环保和节能要求，汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。铝硅镀层热成形钢是实现轻量化的主要途径，尤其是拼焊后热冲压成形的铝硅镀层产品得到了广泛应用。目前，热成形钢拼焊采用的焊接方式是激光焊或者激光填丝焊。
目前，对带有铝或者铝合金镀层的热成形钢进行激光焊接过程中，铝进入熔池，热成形后形成高温铁素体，高温铁素体的硬度远低于马氏体，会降低焊缝的抗拉强度。此外，不等厚拼焊板焊缝均位于两板界面处。一方面，焊缝位置位于几何形状变化区域，服役过程中该位置应力集中突出；另一方面，相对于母材而言，焊缝更容易出现各种缺陷。因此，将焊缝与应力集中区相叠加，增加了拼焊零件后期服役过程中的疲劳、碰撞等的破坏风险。
发明内容
本申请提供了一种含铝镀层热成形拼焊零件及其制备方法，以解决现有含铝镀层热成形钢在激光焊接过程中形成的焊缝的性能不佳的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法，所述方法包括：
在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；
对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；
在高频电流的作用下，对所述第一坯板和所述第二坯板之间的接触部位进行熔化，得到初始焊缝；
在压力的作用下，对所述初始焊缝中的熔化金属进行挤出焊缝，并在所述焊缝的上下表面形成余高，后去除所述余高，得到拼焊板；
对所述拼焊板进行热处理，后进行成形和淬火，得到含铝镀层热成形拼焊零件。
可选的，所述设定温度为＜600℃。
可选的，所述设定温度为≤500℃。
可选的，所述在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热，包括：
在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；其中，控制所述第
一坯板待焊接侧的边部预热的宽度；
所述第一坯板待焊接侧的边部预热的宽度为≥4mm。
可选的，所述对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同，包括：
对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；其中，控制预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度；
所述预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度≥2mm。
可选的，所述焊缝中的铝含量为＜1重量％。
可选的，所述第一坯板的镀层附着于所述第一坯板的基材至少一侧，所述第二坯板的镀层附着于所述第二坯板的基材至少一侧。
可选的，所述第一坯板的镀层和所述第二坯板的镀层均为铝硅镀层。
第二方面，本申请提供了一种含铝镀层热成形拼焊零件，所述含铝镀层热成形拼焊零件由第一方面任一项实施例所述的方法制备得到。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法，通过将厚板边部加热轧制变薄的方式，改变了焊接结构中焊缝的位置。该方法中的焊缝位于等厚度区域，受外力时焊缝位置无几何形状造成的应力集中。最终，通过降低焊缝区域的应力集中，提升了焊缝性能。该方法利用高频电流加热与熔池挤压相结合的方式，在挤压力的作用下形成的熔化金属受到挤压力的作用向熔池外部(焊缝的上下两侧)运动，形成余高。在此过程中，熔化的铝合金镀层也被熔化金属的带动流入余高区域，从而避免了铝进入两坯板之间的焊缝。随即余高会被刮刀去除，从而消除了铝元素对焊缝性能的影响，从而优化了热成形零件的焊缝结构，解决了镀层中铝进入熔池带来的负面影响，提升了焊缝性能，并且具有成本低、效率高的特点。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法的示意图；
图3为本申请实施例1提供的第一坯板的示意图；
图4为本申请实施例1提供的第一坯板边部轧制示意图；
图5为本申请实施例1提供的初始焊缝示意图；
图6为本申请实施例1提供的挤压后焊缝示意图；
图7为本申请实施例1提供的拼焊板示意图；其中；
1-第一坯板、101-第一坯板基体、102-第一坯板镀层、103-第一坯板轧制区、104-第一坯板过度区、2-第二坯板、201-第二坯板基体、202-第二坯板镀层、3-边部加热装置、4-轧制装置、第一轧辊401、402-第二轧辊、5-电流发生器、6-挤压辊、7-焊缝、701-初始焊缝、702-挤压后焊缝、703-余高、8-挂刀、9-拼焊板、10-加热炉、11-热成形零件。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
第一方面，本申请提供了一种含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法，请参见图1和图2，所述方法包括：
S1、在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；
在一些实施方式中，所述设定温度为＜600℃。
在一些实施方式中，所述设定温度为≤500℃。
在本申请实施例中，“设定温度”表示上述预热的温度，控制该温度的积极效果：降低后续轧制难度，在小压力下即可完成轧制。但预热温度过高：(1)会造成铝合金熔化，与轧制装置4接触时引起粘粘；(2)造成第一坯板1边部变形，影响后续焊接。此处，预热宽度应大于后续轧制宽度，并留有一定富余量。具体地，该温度可以为550℃、500℃、450℃等，更优选地，该温度为≤500℃。
S2、对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；
在一些实施方式中，所述在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热，包括：
在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；其中，控制所述第一坯板待焊接侧的边部预热的宽度；
所述第一坯板待焊接侧的边部预热的宽度为≥4mm。
在一些实施方式中，所述对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同，包括：
对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；其中，控制预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度；
所述预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度≥2mm。
在本申请实施例中，将边部预热后的第一坯板1立即放入轧制装置4，对预热后的边部进行轧制。轧制装置4由成对的第一轧辊401和第二轧辊402构成。本实施例中，第一轧辊401的宽度小于第二轧辊402宽度，第二轧辊402与第一坯板1下表面平齐，第一轧辊401边部设计有具有弧形过度区。轧制后在第一坯板1边部形成第一坯板轧制区103和第一坯板过度区104。通过控制第一轧辊401和第二轧辊402之间的间隙，使得轧制后形成的第一坯板轧制区103的厚度等于第二坯板2的厚度1.6mm。最终形成的第一坯板过度区104的宽度2mm，第一坯板轧制区的宽度4mm。即通过边部轧制工序，实现将差厚板之间的连接转换为等厚板之间的连接。轧制工序中，第一轧辊401的宽度小于第二轧辊402宽度，第二轧辊402与第一坯板1下表面平齐，目的是使轧制后形成的第一坯板轧制区103位于第一坯板1厚度方向上的一侧。第一轧辊401边部设计有过度区，目的是减少厚度变化过程中由于几何尺寸造成的应力集中问题，该过度区可以是圆弧形过度，也可以是渐变式过度。此处，要求第一坯板1边部轧制宽度≥2mm，主要原因是轧制宽度过窄，轧制过程的稳定性差，并且无法形成有效的过渡区。请参见图4，为本申请实施例1提供的第一坯板边部轧制示意图。
综上，设置第一坯板待焊接侧的边部预热的宽度为≥4mm以及预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度≥2mm，并结合轧制装置中轧辊形状的设计，轧制后可在厚板轧制区与厚板之间形成过度区，可控制过度区的形状为渐变或者圆滑过度形式，从而降低了厚度变化过程中的应力集中。
S3、在高频电流的作用下，对所述第一坯板和所述第二坯板之间的接触部位进行熔化，得到初始焊缝；
S4、在压力的作用下，对所述初始焊缝中的熔化金属进行挤出焊缝，并在所述焊缝的上下表面形成余高，后去除所述余高，得到拼焊板；
在本申请实施例中，在第一坯板1和第二坯板2之间施加高频电流，流经第一坯板1和第二坯板2接触点产生电阻热形成熔化，同时在压力作用下将熔化金属挤出焊缝7，在焊缝7的上下表面形成余高703。
请参见图2，为本申请实施例提供的一种含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法的示意图。步骤S3中，高频电流由电流发生器5提供，电流发生器5可以是高频感应焊设备、高频电阻焊设备等。实施例1中的电流发生器5为高频电阻焊设备，设备频率300kHz。将电流发生器5两电极放置在第一坯板1和第二坯板2表面，焊接电流经由一侧电极流入，经过V形开口角流至焊缝的另一侧，再回流至电流发生器5。
该熔化金属挤出焊缝7的压力由位于坯板上下两侧的挤压辊6提供。成对出现的挤压辊6，分别位于第一坯板1、第二坯板2的上下两侧，提供向待连接区域的挤压力，使得两个坯板在交汇点形成紧密接触。在集肤效应和临近效应作用下，施加到第一坯板1和第二坯板2之间的电流，沿着待焊接边部流动，并通过交汇点，在交汇点处产生大量的电阻热，使得第一坯板1、第二坯板2边缘发生熔化，形成初始焊缝701，请参见图5，为本申请实施例1提供的初始焊缝示意图。在挤压辊6挤压力作用下，初始焊缝701中的熔化金属由焊缝7厚度方向的中部分别向上、下两个表面挤出，最终在焊缝7表面形成余高703，在两坯板之间形成挤压后的焊缝702，请参见图6，为本申请实施例1提供的挤压后焊缝示意图。在挤压力作用下，熔池的流动将焊缝区熔化的镀层金属带入到余高703中，并未进入挤压后的焊缝702。从而避免了镀层中的铝元素进入到挤压后的焊缝702。
余高703会影响后续的热成形，必须在热成形前予以去除。本申请实施例中，在焊接后立即用位于焊缝上下表面的刮刀8将余高703刮除，使得焊缝表面平整，完成拼焊板9的制备，请参见图7，为本申请实施例1提供的拼焊板示意图。在热态下进行余高703的刮除，会降低刮刀8受力，提高刮刀8寿命。
S5、对所述拼焊板进行热处理，后进行成形和淬火，得到含铝镀层热成形拼焊零件。
具体地，S5步骤包括：将拼焊板9移至加热炉10内进行热处理，实现完全奥氏体化；将奥氏体化后的拼焊板9移至热成形模具中，进行成形和淬火，最终完成热成形零件11的制备。
在本申请实施例中，将拼焊板9从炉内取出，立即放入热成形模具中。对热成形板9进行冲压，本申请实施例中为U形模具，模具内含有冷却水通道。冲压后，通过保持阶段，对零件进行淬火处理，最终形成热成形零件11。
在一些实施方式中，所述焊缝中的铝含量为＜1重量％。
焊缝中的铝含量为＜1重量％，减少了熔池中铝的含量，保证了焊缝性能。
在一些实施方式中，所述第一坯板的镀层附着于所述第一坯板的基材至少一侧，所述第二坯板的镀层附着于所述第二坯板的基材至少一侧。
在一些实施方式中，所述第一坯板的镀层和所述第二坯板的镀层均为铝硅镀层。
铝硅镀层的耐热性和耐蚀性优异，并符合绿色环保。
第二方面，本申请提供了一种含铝镀层热成形拼焊零件，所述含铝镀层热成形拼焊零件由第一方面任一项实施例所述的方法制备得到。
该含铝镀层热成形拼焊零件是基于上述含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法来实现，该含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该含铝镀层热成形拼焊零件采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1
S1、在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；
S2、对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；
S1、在高频电流的作用下，对所述第一坯板和所述第二坯板之间的接触部位进行熔化，得到初始焊缝；
S3、在压力的作用下，对所述初始焊缝中的熔化金属挤出焊缝，并在所述焊缝的上下表面形成余高，后去除所述余高，得到拼焊板；
S4、对所述拼焊板进行热处理，后进行成形和淬火，得到含铝镀层热成形拼焊零件。
其中；
第一坯板1，包括第一坯板基体101和第一坯板镀层102。第一坯板1厚度1.8mm，其中，第一坯板基体101为22MnB5，第一坯板基体101两侧均有第一坯板镀层102，单侧第一坯板镀层102重量为75g/m2。第一坯板镀层102为AlSi镀层，其中Al含量90重量％，Si含量10重量％。请参见图3，为本申请实施例1提供的第一坯板的示意图。
第二坯板2，包括第二坯板基体201和第二坯板镀层202。第二坯板2厚度1.6mm，其中，第二坯板基体201为22MnB5，第二坯板基体201两侧均有第二坯板镀层202，单侧第二坯板镀层202重量为75g/m2。第二坯板镀层202为AlSi镀层，其中Al含量90重量％，Si含量10重量％。
预热采用感应加热方式，预热的温度为300℃，加热宽度10mm；
第一坯板过度区的宽度为2mm，第一坯板轧制区的宽度为4mm；
余高去除宽度为7mm，
检测：通过对拼焊板9的焊缝进行元素分析，与母材相比，未检测到Al元素含量的增加。
热处理温度为930℃，热处理时间为5分钟，
检测：对热成形零件11的焊缝位置进行测试，硬度为503HV，与母材相当。对焊缝处制备拉伸试样进行拉伸，断裂位置位于薄板侧的母材处。
本申请实施例为不等厚材料制备热成形零件，对于厚度相等的第一坯板1和第二坯板2，可跳过S1和S2工序，即S1工序中边部加热装置3的功率设置为0，S2工序中轧制装置4的间隙设置为坯板厚度。其它与本实施例相同。
在本申请的实施例中，所述的工艺参数仅为更好的说明，并非对该技术进行限定。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种含铝镀层热成形拼焊零件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；
对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；
在高频电流的作用下，对所述第一坯板和所述第二坯板之间的接触部位进行熔化，得到初始焊缝；
在压力的作用下，对所述初始焊缝中的熔化金属进行挤出焊缝，并在所述焊缝的上下表面形成余高，后去除所述余高，得到拼焊板；
对所述拼焊板进行热处理，后进行成形和淬火，得到含铝镀层热成形拼焊零件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定温度为＜600℃。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设定温度为≤500℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热，包括：
在设定温度的条件下，对第一坯板待焊接侧的边部进行预热；其中，控制所述第一坯板待焊接侧的边部预热的宽度；
所述第一坯板待焊接侧的边部预热的宽度为≥4mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同，包括：
对预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部进行轧制，以使轧制后的所述第一坯板待焊接侧的边部的厚度与第二板坯的厚度相同；其中，控制预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度；
所述所述预热后的所述第一坯板待焊接侧的边部轧制的宽度≥2mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊缝中的铝含量为＜1重量％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一坯板的镀层附着于所述第一坯板的基材至少一侧，所述第二坯板的镀层附着于所述第二坯板的基材至少一侧。
8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述第一坯板的镀层和所述第二坯板的镀层均为铝硅镀层。
9.一种含铝镀层热成形拼焊零件，其特征在于，所述含铝镀层热成形拼焊零件由权利要求1-8任意一项所述的方法制备得到。
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| CN202310764481.2A CN116689964A (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种含铝镀层热成形拼焊零件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202310764481.2A CN116689964A (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种含铝镀层热成形拼焊零件及其制备方法 |
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| CN116689964A true CN116689964A (zh) | 2023-09-05 |
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