CN116748676A - 一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，具体步骤如下：第一步，准备至少两块表面有铝硅镀层的待焊接板材，选择含Ni的焊料，其特征在于所述焊料中所含Ni的最小重量百分比是由板材的待焊接边沿上下表面铝硅镀层厚度之和与板材厚度的比值N决定；第二步，将板材A和板材B的待焊接边沿对接；第三步，在所述板材A和所述板材B的对接处进行激光焊接，激光焊接过程中填充焊料，使板材A的右侧边沿与板材B的左侧边沿和焊料共同熔化形成焊接接头；第四步，对焊接完成的板材进行热处理，热处理温度为890‑960℃，使其完全奥氏体化，所需要热处理时间TKH至少为114.5+125.5*(TA+TB)*0.5‑903*P(Ni)‑S≥163.475秒。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法。
背景技术
随着节能减排的要求日益提高，汽车轻量化是降低能源消耗的有效手段，在汽车轻量化的大背景下，碰撞法规的升级给保险杠、防撞梁、B柱等汽车结构安全件的设计与使用提出了更高的要求。可见，在“降碳”与“安全”的双重驱动下，作为汽车结构安全件中用量最大、强度最高的材料，汽车用超高强度钢的发展迎来了新挑战。热成形技术借助高温状态下材料良好的热加工性能，采用先成形后硬化的思路，解决了强度和成形性之间的矛盾。目前，以22MnB5为代表的热成形钢应用最为广泛，其抗拉强度在1500MPa以上，伸长率5%～7%。随着碰撞法规的日趋严格，单一强度或者单一厚度的零件无法满足轻量化及安全性需要，在实际应用中，需要将不同强度或者不同厚度的板材通过激光拼焊到一起，然后再进行热冲压，为了在热冲压过程中对板材基体进行保护，以免发生氧化或者脱碳，需要在板材上下表面涂镀一层保护性材料，通常采用铝硅镀层对板材进行保护，铝硅镀层对基板的保护效果好，不影响后续的涂装工序，是应用最广的热成形保护镀层，然而，在激光拼焊过程中，其表面的铝硅镀层发生溶解或熔解，从而在焊接接头的焊缝区形成连续的铁-铝相组织，在后续热加工过程中生成大量脆性相，严重降低了焊接接头的强度和塑性。
发明专利：一种提高带铝硅镀层的热成形钢拼焊板焊接接头塑性的焊膏和工艺，专利号CN 111975242 A，发明内容为采用一种稀土焊膏涂抹至铝硅镀层板材的待焊接处，然后进行施焊，焊膏涂抹不易控制涂抹量，焊接过程稳定性很难保证，涂抹效率低不利于批量生产应用。
发明专利：一种带ALSi镀层热成形钢的激光拼焊方法，专利号CN106392328A，发明内容为对铝硅镀层板材进行激光焊接，采用保护气体保护提高焊接区域的氧分压，使铝硅镀层中的铝转变成氧化铝，提高焊缝强度，该方法无法将铝硅镀层中的铝完全转化为氧化铝，仍有大量的铝硅镀层熔入焊接接头，焊接接头强度无法保证。
发明专利：用于生产预涂敷钢板的方法及相关板材，专利号CN111246962B，发明内容为激光切割铝硅镀层板材的边缘，通过激光切割在切割边缘形成腐蚀改善区，然后进行焊接，腐蚀改善区无法减少铝硅镀层熔入焊接接头，焊接接头强度无法保证。
针对现有技术存在的问题，本发明所提供的低成本的技术方案致力于保证焊缝的力学性能，还能够获得良好的焊缝成形和一致性，实现铝硅涂层钢的大批量的部件生产。
发明内容
铝硅镀层中的铝的熔入中会导致焊接接头强度降低，不满足生产需求，而真正影响铝熔入量的仅仅是焊接接头所覆盖范围内的铝硅镀层厚度，本发明人发现，焊接接头的覆盖范围与所焊接的板材的厚度成正比，即板厚越大，焊接接头覆盖范围越大，经过研究发现，焊接接头所覆盖的单侧板材的宽度大约为0.5倍的单侧焊接板材厚度；所以若想有效控制焊接接头中的铝元素的含量及分布，就需要先确认待焊接板材边沿0.5倍的板材厚度范围内的铝硅镀层厚度与待焊接板材厚度的比值，通过这一比值计算出施焊后焊接接头中铝元素的含量，并根据铝元素的含量选定满足焊接所需的最小Ni含量的焊丝。
在铝硅镀层板材激光焊接过程中，Ni元素的加入可有效抑制焊接接头中脆性相的产生，使焊接接头在热处理过程中更容易奥氏体化，提高焊接接头强度，但是Ni是一种昂贵金属，过多的加入会导致生产成本的上升，所以通过本发明的方法可精确控制焊料中的Ni含量，在保证焊接强度的同时，最大程度的降低生产成本，同时Ni元素的加入可缩短奥氏体化过程，从而减少热处理时间，进而降低能源消耗，可进一步的降低生产成本。
铝对钢等温转变曲线形状没有显著影响，在一般含量时，对转变所需时间的影响也不大，所以不考虑铝元素熔入焊接接头对奥氏体化过程的影响，镍元素可以加快奥氏体化过程，所以在热处理时考虑镍元素的影响。
本发明提供了一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，根据待焊接板材待焊接边沿的镀层厚度，选择在焊接过程中填充含Ni等元素的焊料，能够获得与母材抗拉强度一致的焊接接头，焊缝成形优良，一致性好，且具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，还能够实现大批量的结构件的生产，满足实际生产需求。
本发明采取的技术方案如下，
本发明的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，具体步骤如下：
第一步，准备至少两块表面有铝硅镀层的待焊接板材，分别为板材A和板材B，选择含Ni的焊料，其特征在于所述焊料中所含Ni的最小重量百分比是由所述板材待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层厚度之和与板材厚度的比值N决定，N=(T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5,
式中：
T1为板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面铝硅镀层的厚度，
T2为板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面铝硅镀层的厚度，
T3为板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面铝硅镀层的厚度，
T4为板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面铝硅镀层的厚度，
TA为板材A的厚度，
TB为板材B的厚度；
当N≤2%时，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9；
当2＜N≤4%时，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=1.17%+（2*0.85*N/2.9-1.17%）*2，
当2＜N≤4%或N＞4%时,将所述板材A和所述板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的至少一个表面铝硅镀层厚度减薄，使N≤2%，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9，
优选的是，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.15mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.15mm，
更优选的是，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.07mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.07mm；
第二步，将所述板材A和所述板材B的待焊接边沿对接；
第三步，在所述板材A和所述板材B的对接处进行激光焊接，激光焊接过程中填充焊料，使所述板材A的右侧边沿与所述板材B的左侧边沿和焊料共同熔化形成焊接接头；
第四步，对焊接完成的板材进行热处理使其完全奥氏体化，然后进行热冲压成形，之后冷却，热处理温度为890-960℃，所需要热处理时间TKH至少为114.5+125.5*(TA+TB)*0.5-903*P(Ni)-S≥163.475秒，
其中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))
式中：
P(Ni)-S为焊接接头中Ni元素的重量百分比，
P（Ni）-W为焊料中Ni元素的重量百分比，
P（Ni）-A为板材A中Ni元素的重量百分比，
P（Ni）-B为板材B中Ni元素的重量百分比，
P(W/T)为单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材、焊料熔化并形成焊接接头总重量Q(M)+Q(W)的比值，即P(W/T)=Q(W)/(Q(M)+Q(W))。
在板材完全奥氏体化后，将板材放入有冷却水循环的模具中压实成形，之后以大于等于30℃/S的速度冷却。
优选的是，在焊接过程中单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材熔化并形成焊接接头的重量Q(M)的最小比例为5：95，最大比例为1:1。
更优选的是，在焊接过程中单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材熔化并形成焊接接头的重量Q(M)的最小比例为1：9，最大比例为2:3。
优选的是，所述铝硅镀层的厚度范围为6~60微米，所述铝硅镀层中主要成分为铝和硅以及少量的铁，其中铝的含量大于80%。
更优选的是，所述铝硅镀层的厚度范围为8~45微米，所述铝硅镀层中主要成分为铝和硅以及少量的铁，其中铝的含量大于82%。
优选的是，所述板材厚度为0.75~5mm。
更优选的是，所述板材厚度为1.0~3.5mm。
优选的是，所述焊料的主要成分为Ni、C、Mn、Si、Mo、Cr、Fe元素，以及其他不可避免的杂质。
优选的是，所述焊料的主要成分为Ni、Co、C、Mn、Si、Mo、Cr、Fe元素，以及其他不可避免的杂质。
优选的是，所述焊料中Ni重量百分比P（Ni）-W范围为0.1%~10%，所述焊料中Cr的重量百分比P（Cr）-W范围为0.01%~1.5%，焊料中Mn和Si元素重量百分比分别大于等于至少一种待焊接板材中Mn和Si的元素重量百分比，所述焊料中Co的重量百分比P（Co）-W范围为0.001%~5%。
更优选的是，所述焊料中Ni重量百分比P（Ni）-W范围为0.5%~7.4%，所述焊料中Cr的重量百分比P（Cr）-W范围为0.02%~0.49%，焊料中Mn和Si元素重量百分比分别大于等于至少一种待焊接板材中Mn元素重量百分比+0.1%和Si元素重量百分比+0.1%，所述焊料中Co的重量百分比P（Co）-W范围为0.001%~3.5%。
优选的是，当所述焊料为实心焊丝时，焊丝的冷拉伸状态下的抗拉强度大于等于700Mpa；当所述焊料为药芯焊丝时，将除了Fe之外的元素加工成粉末，铁皮包裹粉末，粉末在焊丝中部形成药芯，药芯焊丝的冷拉伸状态下的抗拉强度大于等于180Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，既可以防止焊接接头的脆化，又能够实现在焊缝处的较好的可残余应变性。
2、本发明的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，当待焊接板材边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层平均厚度之和与两块板材平均厚度的比值N小于等于4%时，不需要对铝硅镀层表面进行预处理，直接进行填丝焊接，减少了制造环节，方便工作人员进行焊接，提高了工作效率，降低了加工难度，也降低了焊接的制造成本。
3、本发明的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，经试验检测按本发明的方法焊接后的焊接坯件，通过热冲压淬火后，其焊接接头抗拉强度不低于母材的抗拉强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的表面有铝硅镀层的待焊接板材边沿对接示意图。
图2为本发明待焊接板材的焊接边沿铝硅镀层减薄之后对接示意图。
图3为本发明的表面有铝硅镀层的板材焊接接头截面示意图。
图4为本发明激光填丝焊接过程示意图。
图5为本发明一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法的实施流程图。
其中，A-板材A，B-板材B，C-板材A的上表面铝硅镀层，D-板材A的下表面铝硅镀层，E板材B的上表面铝硅镀层，F-板材B的下表面铝硅镀层，G-焊接接头，H-焊丝，L-激光，TA-板材A的厚度，TB-板材B的厚度，T1-板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面镀层的平均厚度，T2-板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面镀层的平均厚度，T3-板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面镀层的平均厚度，T4-板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面镀层的平均厚度。
实施方式
为了进一步理解本发明，下面对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，具体步骤如下：
第一步，准备至少两块表面有铝硅镀层的待焊接板材，分别为板材A和板材B，选择含Ni的焊料，其特征在于所述焊料中所含Ni的最小重量百分比是由所述板材待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层厚度之和与板材厚度的比值N决定，N=(T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5,
式中：
T1为板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面铝硅镀层的厚度，
T2为板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面铝硅镀层的厚度，
T3为板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面铝硅镀层的厚度，
T4为板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面铝硅镀层的厚度，
TA为板材A的厚度，
TB为板材B的厚度；
当N≤2%时，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9；
当2＜N≤4%，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=1.17%+（2*0.85*N/2.9-1.17%）*2，
当2＜N≤4%或N＞4%时,将所述板材A和所述板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的至少一个表面铝硅镀层厚度减薄，使N≤2%，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9，
上述技术方案中，优选的是，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.15mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.15mm，
更优选的是，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.07mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.07mm；
上述技术方案中，当N≤2%时，为降低焊料中Ni元素的重量百分比，当然可以将板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的至少一个表面铝硅镀层厚度减薄，使N小于等于2%，所选择焊料中Ni成分的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9；
上述技术方案中，优选的是，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.15mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.15mm，
更优选的是，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.07mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.07mm；
上述技术方案中，将铝硅镀层减薄的方法包括但不限于化学反应置换、激光冲击清洗、铣刀磨削、砂轮打磨、刮擦；
上述技术方案中，铝硅镀层厚度测量方法采用金相法或者X射线光谱法；
第二步，将所述板材A和所述板材B的待焊接边沿对接；
第三步，在所述板材A和所述板材B的对接处进行激光焊接，激光焊接过程中填充焊料，使所述板材A的右侧边沿与所述板材B的左侧边沿和焊料共同熔化形成焊接接头；
第四步，对焊接完成的板材进行热处理使其完全奥氏体化，然后进行热冲压成形，之后冷却，热处理温度为890-960℃，所需要热处理时间TKH至少为114.5+125.5*(TA+TB)*0.5-903*P(Ni)-S≥163.475秒，
其中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))
式中：
P(Ni)-S为焊接接头中Ni元素的重量百分比，
P（Ni）-W为焊料中Ni元素的重量百分比，
P（Ni）-A为板材A中Ni元素的重量百分比，
P（Ni）-B为板材B中Ni元素的重量百分比，
P(W/T)为单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材、焊料熔化并形成焊接接头总重量Q(M)+Q(W)的比值，即P(W/T)=Q(W)/(Q(M)+Q(W))。
在板材完全奥氏体化后，将板材放入有冷却水循环的模具中压实成形，之后以大于等于30℃/S的速度冷却。
上述技术方案中，优选的是，在焊接过程中单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材熔化并形成焊接接头的重量Q(M)的最小比例为5：95，最大比例为1:1。
更优选的是，在焊接过程中单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材熔化并形成焊接接头的重量Q(M)的最小比例为1：9，最大比例为2:3。
上述技术方案中，优选的是，铝硅镀层的厚度范围为6~60微米，所述铝硅镀层中主要成分为铝和硅以及少量的铁，其中铝的含量大于80%。
上述技术方案中，更优选的是，铝硅镀层的厚度范围为8~45微米，所述铝硅镀层中主要成分为铝和硅以及少量的铁，其中铝的含量大于82%。
上述技术方案中，优选的是，板材厚度为0.75~5mm。
上述技术方案中，更优选的是，所述板材厚度为1.0~3.5mm。
上述技术方案中，焊料的主要成分为Ni、C、Mn、Si、Mo、Cr、Fe元素，以及其他不可避免的杂质。
上述技术方案中，焊料的主要成分为Ni、Co、C、Mn、Si、Mo、Cr、Fe元素，以及其他不可避免的杂质。
上述技术方案中，优选的是，焊料中Ni重量百分比P（Ni）-W范围为0.1%~10%，焊料中Cr的重量百分比P（Cr）-W范围为0.01%~1.5%，焊料中Mn和Si元素重量百分比分别大于等于至少一种待焊接板材中Mn和Si的元素重量百分比，焊料中Co的重量百分比P（Co）-W范围为0.001%~5%。
上述技术方案中，更优选的是，焊料中Ni重量百分比P（Ni）-W范围为0.5%~7.4%，焊料中Cr的重量百分比P（Cr）-W范围为0.02%~0.49%，焊料中Mn和Si元素重量百分比分别大于等于至少一种待焊接板材中Mn元素重量百分比+0.1%和Si的元素重量百分比+0.1%，焊料中Co的重量百分比P（Co）-W范围为0.001%~3.5%。
上述技术方案中，当所述焊料为实心焊丝时，焊丝的冷拉伸状态下的抗拉强度大于等于700Mpa；当所述焊料为药芯焊丝时，将除了Fe之外的元素加工成粉末，铁皮包裹粉末，粉末在焊丝中部形成药芯，药芯焊丝的冷拉伸状态下的抗拉强度大于等于180Mpa。
在本发明中所使用的术语，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义，除非另有说明。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法，下述实施例中所用的材料、装置、仪器、设备等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法：
选取表面有铝硅镀层的热成形待焊接板材A和板材B，板材A的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材B的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材A和板材B的基材材质为22MnB5，板材A的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为27um和27um，板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为26.8um和26.8um，板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层平均厚度之和与两块板材平均厚度的比值N=(T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5=（27+27+26.8+26.8）*0.5/（1600+1600）*0.5=3.3625%，因为N值在2%~4%范围，所以根据Ni元素重量百分比最小值公式MinNi=1.17%+（2*0.85*N/2.9-1.17%）*2计算得出：所需焊料中Ni元素重量百分比最小值为2.7722%。
将板材A和板材B的待焊接边沿对接，实施激光填丝焊接，焊接功率为5950W，焊接速度为5m/min，所选焊料为实心焊丝，按照重量百分比计，焊丝中Ni元素重量百分比为2.91%，其他元素重量百分比C：0.1%，Mn：1.81%，Si：4.9%，Mo：0.55%，Cr：0.24%，其他为铁和不可避免的杂质，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为3.8m/min。
根据如上焊接参数，按照所需要保温时间TKH=114.5+125.5*（TA+TB）*0.5-903*P(Ni)-S计算TKH=114.5+125.5*1.6-903*0.45105%=311.23S，即所需最少热处理时间为311.23S；上式中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))=2.91%*15.5%=0.45105%。
对焊接完成的板材进行热处理，热处理温度为950摄氏度，保温时间312秒，之后在8秒内转移至有冷却水在内部循环通过的模具中压实（保压冷却15秒钟，压机的公称力为1000KN），并以大于30℃/S的速度冷却。
实施例2
一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法：
选取表面有铝硅镀层的热成形待焊接板材A和板材B，板材A尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.3mm，板材B尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.3mm，板材A和板材B的基材材质为22MnB5，板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为27um和27um，板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为27um和27um，板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层平均厚度之和与两块板材平均厚度的比值N= (T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5=（27+27+27+27）*0.5/（1300+1300）*0.5=4.138%，首先采用刮擦的方式将板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层减薄，减薄至12um和12.2um，板材A的待焊接边沿的铝硅镀层减薄宽度为0.5*1.3mm=0.65mm，板材B的待焊接边沿的铝硅镀层减薄宽度为0.5*1.3mm=0.65mm，根据公式N= (T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5计算得出，铝硅镀层减薄后N=（12+12.2）/1300=1.86%，因为减薄后N值小于2%，根据Ni元素重量百分比最小值公式MinNi=2*0.85*N/2.9计算得出，所需焊料中Ni元素重量百分比最小值为1.09%。
将板材A和板材B的待焊接边沿对接，实施激光填丝焊接，焊接功率为5950W，焊接速度为5m/min，所选焊料为实心焊丝，按照重量百分比计，焊丝中Ni元素重量百分比为1.2%，其他元素重量百分比C：0.1%，Mn：1.81%，Si：4.9%，Mo：0.55%，Cr：0.24%，其他为铁和不可避免的杂质，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为3.2m/min。
根据如上焊接参数，按照所需要保温时间TKH=114.5+125.5*（TA+TB）*0.5-903*P(Ni)-S计算TKH=114.5+125.5*1.3-903*0.2748%=275.17S，即所需最少热处理时间为275.17S；上式中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T)) =1.2%*22.9%=0.2748%。
对焊接完成的板材进行热处理，热处理温度为950摄氏度，保温时间277秒，之后8秒内转移至有冷却水在内部循环通过的模具中压实（保压冷却15秒钟，压机的公称力为1000KN），并以大于30℃/S的速度冷却。
实施例3
一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法：
选取表面有铝硅镀层的热成形待焊接板材A和板材B，板材A的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材B的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材A和板材B的基材材质为22MnB5，板材A和板材B的表面的涂镀层为铝硅镀层，板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为27um和27um，板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为26.8um和26.8um，板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层平均厚度之和与两块板材平均厚度的比值N= (T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5=（27+27+26.8+26.8）*0.5/（1600+1600）*0.5=3.3625%，首先采用刮擦的方式将板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层减薄，减薄后板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为13um和13um，板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为13.1um和13.1um，板材A的待焊接边沿的铝硅镀层减薄宽度为0.5*1.6mm=0.8mm，板材B的待焊接边沿的铝硅镀层减薄宽度为0.5*1.6mm=0.8mm，根据公式N= (T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5计算得出，铝硅镀层减薄后N=（13+13+13.1+13.1）*0.5/1600=1.63125%，因为减薄后N值小于2%，根据Ni元素重量百分比最小值公式MinNi=2*0.85*N/2.9计算得出，所需焊料中Ni元素重量百分比最小值为0.95625%。
将板材A和板材B的待焊接边沿对接，实施激光填丝焊接，焊接功率为5950W，焊接速度为5m/min，所选焊料为实心焊丝，按照重量百分比计，焊丝中Ni元素重量百分比为1.2%，其他元素重量百分比C：0.1%，Mn：1.81%，Si：4.9%，Mo：0.55%，Cr：0.24%，其他为铁和不可避免的杂质，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为3.8m/min。
根据如上焊接参数，按照所需要保温时间TKH=114.5+125.5*（TA+TB）*0.5-903*P(Ni)-S计算TKH=114.5+125.5*1.6-903*0.186%=313.62，即所需最少热处理时间为313.62S；上式中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))=1.2%*15.5%=0.186%。
对焊接完成的板材进行热处理，热处理温度为950摄氏度，保温时间315秒，之后8秒内转移至有冷却水在内部循环通过的模具中压实（保压冷却15秒钟，压机的公称力为1000KN），并以大于30℃/S的速度冷却。
对比例1
选取表面有铝硅镀层的热成形待焊接板材A和板材B，板材的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材B的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材A和板材B的基材材质为22MnB5，板材A和板材B的表面的涂镀层为铝硅镀层，板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为27um和27um，板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为26.8um和26.8um，板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层平均厚度之和与两块板材平均厚度的比值N= (T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5=（27+26.8）/（1600+1600）*0.5=3.3625%，根据Ni元素重量百分比最小值公式MinNi=1.17%+（2*0.85*N/2.9-1.17%）*2计算得出：所需焊料中Ni元素重量百分比最小值为2.7722%。
将板材A和板材B的待焊接边沿对接，实施激光填丝焊接，焊接功率为5950W，焊接速度为5m/min，所选焊料为实心焊丝，按照重量百分比计，焊丝中Ni元素重量百分比为1.2%，其他元素重量百分比C：0.1%，Mn：1.81%，Si：4.9%，Mo：0.55%，Cr：0.24%，其他为铁和不可避免的杂质，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为3.8m/min。
根据如上焊接参数，按照所需要保温时间TKH=114.5+125.5*（TA+TB）*0.5-903*P(Ni)-S计算TKH=114.5+125.5*1.6-903*0.186%=313.62S，即所需最少热处理时间为313.62S；上式中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))=1.2%*15.5%=0.186%。
对焊接完成的板材进行热处理，热处理温度为950摄氏度，保温时间315秒，之后8秒内转移至有冷却水在内部循环通过的模具中压实（保压冷却15秒钟，压机的公称力为1000KN），并以大于30℃/S的速度冷却。
对比例2
选取表面有铝硅镀层的热成形待焊接板材A和板材B，板材A的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材B的尺寸为长300mm×宽300mm×厚1.6mm，板材A和板材B的基材材质为22MnB5，板材A的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为27um和27um，板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上、下表面铝硅镀层平均厚度分别为26.8um和26.8um，板材A和板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层平均厚度之和与两块板材平均厚度的比值N=(T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5=（27+27+26.8+26.8）*0.5/（1600+1600）*0.5=3.3625%，因为N值在2%~4%范围，所以根据Ni元素重量百分比最小值公式MinPercent-wire-Ni=1.17%+（2*0.85*N/2.9-1.17%）*2计算得出：所需焊料中Ni元素重量百分比最小值为2.7722%。
将板材A和板材B的待焊接边沿对接，实施激光填丝焊接，焊接功率为5950W，焊接速度为5m/min，所选焊料为实心焊丝，按照重量百分比计，焊丝中Ni元素重量百分比为2.91%，其他元素重量百分比C：0.1%，Mn：1.81%，Si：4.9%，Mo：0.55%，Cr：0.24%，其他为铁和不可避免的杂质，焊丝直径为1.0mm，送丝速度为3.8m/min。
根据如上焊接参数，按照所需要保温时间TKH=114.5+125.5*（TA+TB）*0.5-903*P(Ni)-S计算TKH=114.5+125.5*1.6-903*0.45105%=311.22S，即所需最少热处理时间为311.22S；上式中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))=2.91%*15.5%=0.45105%。
对焊接完成的板材进行热处理，热处理温度为950摄氏度，保温时间240秒，之后在8秒内转移至有冷却水在内部循环通过的模具中压实（保压冷却15秒钟，压机的公称力为1000KN），并以大于30℃/S的速度冷却。
对实施例1-3和对比例1-2的焊接接头的性能进行检测。检测方法为：按照GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》切割出A50标准的哑铃型试样，采用最大试验力：200kN的万能拉伸机对试样进行拉伸检验。首先测定热成形板材的力学性能，经检测热成形板材的抗拉强度高于1400Mpa，延伸率大于等于4%。然后测定焊接接头的力学性能，焊接接头在所测定试样的中间位置，焊道方向与试验所施加的拉伸力方向垂直。力学测试结果如表1所示。
表1 实施例1-3和对比例1-2的焊接件的焊接拉伸结果
| 抗拉强度（Mpa） | 延伸率（%） | 断裂位置 | 焊接接头金相组织 | 镀层厚度与基材厚度比（%） | 镀层厚度减薄后与基材厚度比（%） | 焊丝中Ni重量百分比（%） | 检验结果 | |
| 实施例1 | ＞1400 | ≥4 | 母材 | 马氏体 | 3.3625 | — | 2.91 | 合格 |
| 实施例2 | ＞1400 | ≥4 | 母材 | 马氏体 | 4.138 | 1.86 | 1.2 | 合格 |
| 实施例3 | ＞1400 | ≥4 | 母材 | 马氏体 | 3.3625 | 1.63125 | 1.2 | 合格 |
| 对比例1 | <1400 | ＜4 | 焊缝 | 铁素体、马氏体和贝氏体 | 3.3625 | — | 1.2 | 不合格 |
| 对比例2 | <1400 | ＜4 | 焊缝 | 马氏体和贝氏体 | 3.3625 | — | 2.91 | 不合格 |
从表1可以看出，实施例1-3的焊接方法得到的焊接接头抗拉强度高于1400Mpa，延伸率大于等于4%，符合要求；对比例1-2的焊接方法得到的焊接接头抗拉强度低于1400Mpa，延伸率小于4%，不符合要求；
原因分析：实施例1-3的焊接及热处理方法完全按照本发明的方法进行，实验结果合格；在对比例1中所使用的焊丝中Ni重量百分比未按照本发明的最小Ni含量设置，在对比例2中热处理时间未按照本发明的最低时间设置，实验结果不合格。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施例的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
第一步，准备至少两块表面有铝硅镀层的待焊接板材，分别为板材A和板材B，选择含Ni的焊料，其特征在于所述焊料中所含Ni的最小重量百分比是由所述板材待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的上下表面铝硅镀层厚度之和与板材厚度的比值N决定，N=(T1+T2+T3+T4)*0.5/(TA+TB)*0.5,
式中：
T1为板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面铝硅镀层的厚度，
T2为板材A待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面铝硅镀层的厚度，
T3为板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内上表面铝硅镀层的厚度，
T4为板材B待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内下表面铝硅镀层的厚度，
TA为板材A的厚度，
TB为板材B的厚度；
当N≤2%时，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9；
当2＜N≤4%时，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=1.17%+（2*0.85*N/2.9-1.17%）*2，
当2＜N≤4%或N＞4%时,将所述板材A和所述板材B的待焊接边沿0~0.5倍板厚范围内的至少一个表面铝硅镀层厚度减薄，使N≤2%，所选择焊料中Ni的重量百分比最小值MinNi=2*0.85*N/2.9，铝硅镀层减薄最大宽度为0.5*板厚+0.15mm，铝硅镀层减薄最小宽度为0.5*板厚-0.15mm；
第二步，将所述板材A和所述板材B的待焊接边沿对接；
第三步，在所述板材A和所述板材B的对接处进行激光焊接，激光焊接过程中填充焊料，使所述板材A的右侧边沿与所述板材B的左侧边沿和焊料共同熔化形成焊接接头；
第四步，对焊接完成的板材进行热处理使其完全奥氏体化，然后进行热冲压成形，之后冷却，热处理温度为890-960℃，所需要热处理时间TKH至少为114.5+125.5*(TA+TB)*0.5-903*P(Ni)-S≥163.475秒，
其中：P(Ni)-S=P(Ni)-W*P(W/T)+P(Ni)-A*(TA/(TA+TB))*(1-P(W/T))+P(Ni)-B*(TB/(TA+TB))*(1-P(W/T))
式中：
P(Ni)-S为焊接接头中Ni元素的重量百分比，
P(Ni)-W为焊料中Ni元素的重量百分比，
P(Ni)-A为板材A中Ni元素的重量百分比，
P(Ni)-B为板材B中Ni元素的重量百分比，
P(W/T)为单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材、焊料熔化并形成焊接接头的总重量Q(M)+Q(W)的比值，即P(W/T)=Q(W)/(Q(M)+Q(W))。
2.根据权利要求1所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，在焊接过程中单位长度上焊料熔化并形成焊接接头的重量Q(W)与单位长度上母材熔化并形成焊接接头的重量Q(M)的最小比例为5：95，最大比例为1:1。
3.根据权利要求1至权利要求2所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，所述铝硅镀层的厚度范围为6~60微米，所述铝硅镀层中主要成分为铝和硅以及少量的铁，其中铝的含量大于80%。
4.根据权利要求1至权利要求3所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，所述板材厚度为0.75~5mm。
5.根据权利要求1至权利要求4所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，所述焊料的主要成分为Ni、C、Mn、Si、Mo、Cr、Fe元素，以及其他不可避免的杂质。
6.根据权利要求1至权利要求4所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，所述焊料的主要成分为Ni、Co、C、Mn、Si、Mo、Cr、Fe元素，以及其他不可避免的杂质。
7.根据权利要求1至权利要求6所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，所述焊料中Ni重量百分比P（Ni）-W范围为0.1%~10%，所述焊料中Cr的重量百分比P（Cr）-W范围为0.01%~1.5%，所述焊料中Mn和Si元素重量百分比分别大于等于至少一种待焊接板材中Mn和Si的元素重量百分比，所述焊料中Co的重量百分比P（Co）-W范围为0.001%~5%。
8.根据权利要求1至权利要求7所述的一种表面有铝硅镀层的热成形钢的激光焊接方法及热处理方法，其特征在于，当所述焊料为实心焊丝时，焊丝的冷拉伸状态下的抗拉强度大于等于700Mpa；当所述焊料为药芯焊丝时，将除了Fe之外的元素加工成粉末，铁皮包裹粉末，粉末在焊丝中部形成药芯，药芯焊丝的冷拉伸状态下的抗拉强度大于等于180Mpa。
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