CN208467550U - 一种通过预处理提高焊接性能的钢材及其成型件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通过预处理提高焊接性能的钢材及其成型件，包括由第一基体材质和上、下两层第一涂层、第二涂层构成的第一铝硅涂层钢板以及由第二基体材质和上、下两层第三涂层、第四涂层构成的第二铝硅涂层钢板，第一涂层、第二涂层分别由第一铝层和接触第一基体材质的第一金属间化合物层构成，第三涂层、第四涂层分别由第二铝层和接触第二基体材质的第二金属间化合物层构成；在铝硅涂层钢板的待焊接区域剥离100%的第一铝层、第二铝层和部分第一金属间化合物层、部分第二金属间化合物层，形成第一剥离区域、第二剥离区域。本实用新型采用一定方法去除钢板表面进行焊接操作区域的铝硅涂层，易于减少焊缝金属中铝残留物造成的负面影响。

Description

一种通过预处理提高焊接性能的钢材及其成型件

技术领域

本实用新型涉及钢板的制造加工领域，尤其涉及一种通过预处理提高焊接性能的钢材及其成型件。

背景技术

目前,市场上流通一种新型钢板带有铝硅涂层，铝硅涂层的存在对钢板的焊接造成不利的影响。铝等元素容易进入焊缝金属当中并残留形成残留物，残留物容易导致焊接接头力学性能变差，如抗拉强度降低等，也对耐高温性能和腐蚀性能有一定的影响，因此，对钢板焊接前的预处理操作十分重要，保留更厚的涂层会使铝合金含量过高，完全不保留涂层会使焊缝铝、硅变得极少或者没有。

中国专利公开号为CN106232285A的实用新型专利申请公开了一种带铝或者铝合金镀层的钢制焊接部件及其制造方法，该方法剥离了表面100%的铝层，并保留了100%的金属间化合物层；中国专利公开号为CN206105157U的实用新型专利申请公开了一种用于制备旨在用于焊接随后在压力下硬化的涂覆有铝的钢板的方法和装置，对应的焊接坯件，该方法剥离了90-95%的铝层，保留了5-10%的铝层和100%的金属间化合物层；金属间化合物层的含量较高，在一些特定环境下会形成多种铁铝金属间脆性相：比如一些特定非平衡结晶；填丝焊接时由焊丝带来的一些特定合金，比如金属镍，铬等，导致材料的韧性变差尤其在一些特点环境，比如超低温情况。

中国专利公开号为106334875A的实用新型专利申请公开了一种由滚轧的涂镀板制造具有良好机械特性的焊接部件的方法，该方法剥离了包括100%的铝层和100%的金属间化合物层的所有涂层物质，由于AL、Si也是钢材力学性能强化的元素之一，比如形成间隙原子造成固溶强化，与其他金属，包括非金属如C等形成金属键连接或者共价键链接的物质，在钢材内部形成第二相沉淀强化。同时，AL、si在高温时易在钢材表面形成多种氧化物起到被保护基材铁不受氧化而腐蚀。因此，完全剥离100%的化合物层对钢材的焊接反而不利。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种通过预处理提高焊接性能的钢材及其成型件，采用一定的方法去除钢板表面进行焊接操作区域的铝硅涂层，易于减少焊缝金属中铝残留物造成的负面影响。

本实用新型是这样实现的：

一种通过预处理提高焊接性能的钢材，包括由第一基体材质和上、下两层第一涂层、第二涂层构成的第一铝硅涂层钢板以及由第二基体材质和上、下两层第三涂层、第四涂层构成的第二铝硅涂层钢板，所述的第一涂层、第二涂层分别由第一铝层和接触第一基体材质的第一金属间化合物层构成，所述的第三涂层、第四涂层分别由第二铝层和接触第二基体材质的第二金属间化合物层构成；在所述的铝硅涂层钢板的待焊接区域剥离100%的第一铝层、第二铝层和部分第一金属间化合物层、部分第二金属间化合物层，形成第一剥离区域、第二剥离区域。

所述的第一剥离区域、第二剥离区域中部分金属间化合物层的厚度分别占所述的第一金属间化合物层、第二金属间化合物层的厚度的80%-95%。

所述的第一剥离区域、第二剥离区域的宽度为0.2-3mm。

所述的第一剥离区域、第二剥离区域的宽度为0.2-1.0mm。

所述的第一铝层、第二铝层的铝质量含量超过50%，所述的第一金属间化合物层、第二金属间化合物层由铁铝硅组成。

所述的第一剥离区域、第二剥离区域的剥离区域分别由第一激光束在所述的两块铝硅涂层钢板的一个镀面上激光烧蚀完成。

所述的第一剥离区域、第二剥离区域的剥离区域分别由第一激光束、第二激光束同时在所述的两块铝硅涂层钢板的两个镀面上激光烧蚀完成。

一种通过预处理提高钢材焊接性能的钢材成型件，所述的两块铝硅涂层钢板分别在第一剥离区域、第二剥离区域上通过电弧焊接或等离子焊接或激光焊接进行焊接连接，构成钢材成型件。

所述的两块铝硅涂层钢板的焊接边之间的焊接间距不大于0.5mm。

本实用新型精确控制了铝微量元素的含量，避免了以铝元素为主要成分的杂质进入焊缝区域降低焊接接头的力学性能，保留10%-20%以上的化合物层对提高材料的力学、增强金属耐高温氧化和焊接接头性能恶化之间达到了良好的平衡；该钢板将在焊接板领域中得到广泛的应用，尤其可广泛应用于汽车等工业领域中。

本实用新型采用一定的方法去除钢板表面进行焊接操作区域的铝硅涂层，易于减少焊缝金属中铝残留物造成的负面影响。

附图说明

图1是本实用新型通过预处理提高焊接性能的钢材的结构示意图。

图2是本实用新型通过预处理提高焊接性能的钢材的去除涂层的示意图。

图3是本实用新型通过预处理提高焊接性能的钢材的激光拼焊示意图。

图中，1第一基体材质，101第一涂层，102第二涂层，11第一铝层，12第一金属间化合物层，13第一剥离区域，2第二基体材质，201第三涂层，202第四涂层，21第二铝层，22第二金属间化合物层，23第二剥离区域，51第一激光束，52第二激光束，53激光测厚扫描反馈系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

请参见附图1所示，一种通过预处理提高焊接性能的钢材，包括由第一基体材质1和上、下两层第一涂层101、第二涂层102构成的第一铝硅涂层钢板以及由第二基体材质2和上、下两层第三涂层201、第四涂层202构成的第二铝硅涂层钢板，所述的第一涂层101、第二涂层102分别由第一铝层11和接触第一基体材质1的第一金属间化合物层12构成，所述的第三涂层201、第四涂层202分别由第二铝层21和接触第二基体材质2的第二金属间化合物层22构成。在所述的第一铝硅涂层钢板的待焊接区域剥离100%的第一铝层11和部分第一金属间化合物层12，形成第一剥离区域13，在第二铝硅涂层钢板的待焊接区域剥离100%的第二铝层21和部分第二金属间化合物层22，形成第二剥离区域23。

所述的第一剥离区域13、第二剥离区域23中部分金属间化合物层的厚度分别占所述的第一金属间化合物层12、第二金属间化合物层22的厚度的80%-95%。

所述的第一剥离区域13、第二剥离区域23的宽度为0.2-3mm，优选为0.2-1.0mm。

所述的第二铝层11和第二铝层21的铝质量含量超过50%，所述的第一金属间化合物层12、第二金属间化合物层22由铁铝硅组成。

所述的第一剥离区域13、第二剥离区域23的剥离区域分别由第一激光束51在所述的两块铝硅涂层钢板的一个镀面上激光烧蚀完成。

所述的第一剥离区域13、第二剥离区域23的剥离区域分别由第一激光束51、第二激光束52同时在所述的两块铝硅涂层钢板的两个镀面上激光烧蚀完成。

所述的两块铝硅涂层钢板的厚度为0.5-3mm，所述的两块铝硅涂层钢板可以由不同种类构成。

所述的第一涂层101、第二涂层102、第三涂层201、第四涂层202可以具有不同的厚度。

一种平板通过预处理提高焊接性能的钢材成型件，所述的两块铝硅涂层钢板在第一剥离区域13、第二剥离区域23上进行焊接操作，对焊接后的所述的两块铝硅涂层钢板进行整体加热至完全奥氏体化温度，并在此温度区间保温一定时间；之后对焊接件进行冲压成型，并以一定的速度进行冷却，获得马氏体组织在体积分数上占主要部分的冲压成型件，所述的成型件实现力学硬化。

两块所述的铝硅涂层钢板、之间的焊接操作包括电弧焊接、等离子焊接、激光焊接等。

两块所述的铝硅涂层钢板的焊接边之间的焊接间距不大于0.5mm。

所述的钢材成型件应用于车辆的结构部件中。

实施例1：

选用激光功率800W，脉冲30ns的碟片或光纤激光器，通过光纤引导激光至上下两个激光头，开机时从激光头发射高能脉冲激光。铝硅涂层钢板固定在可运动的工作台上。铝硅涂层钢板的尺寸为200mmX150mmX2.5mm一块，200mmX150mmX2.0mm一块。待焊接区域位于200mm长边一侧。铝合金的第一涂层101、第二涂层102、第三涂层201、第四涂层202位于铝硅涂层钢板的上下面，每个面的涂层总厚度为20um。取样做金相分析，确定第一金属间化合物层12、第二金属间化合物层22的厚度约5um。铝硅涂层钢板为热冲压冷却硬化型钢材，硬化后的抗拉强都约为1500Mpa（正负偏差50mpa）。

激光斑点面积1.2mm X0.5mm，光斑不动。激光头对准铝硅涂层钢板的一端，激光头的后面为激光测厚扫描反馈系统53。激光开机后，铝硅涂层钢板相对于光斑以6m/min的速度运动。上下表面待焊区域约1.2mm宽度将被烧蚀剥离，厚度方向确定保留0.5um，请参见附图2所示。每一块铝硅涂层钢板经过激光烧蚀加工后进入下一道焊接工序。

请参见附图3所示，焊接采用4kw连续性光纤激光，焊接速度10m/min，两块铝硅涂层钢板的间隙0mm。

采用常规的激光拼焊设备对经过加工的一对钢板，在第一剥离区域13、第二剥离区域23进激光焊接。焊接完成后，采用加热炉将焊接件加热至930-950摄氏度，保温5分钟。在热冲压机上进行冲压，同时以大于马氏体转变临界冷却速度的速度进行冷却，确保材料已经完成了合格的马氏体转化。对工件进行最终检验，无破裂发生在材料任何区域，在工件出取样（包含焊缝）进行力学拉伸测试。材料的抗拉强度大于1460Mpa，合格。

实施例2：

选用激光功率800W，脉冲30ns的碟片或光纤激光器，通过光纤引导激光至上下两个激光头，开机时从激光头发射高能脉冲激光。铝硅涂层钢板固定在可运动的工作台上。铝硅涂层钢板的尺寸为200mmX150mmX2.5mm一块，200mmX150mmX2.0mm一块。待焊接区域位于200mm长边一侧。铝合金的第一涂层101、第二涂层102、第三涂层201、第四涂层202位于铝硅涂层钢板的上下面，每个面的涂层总厚度为20um。取样做金相分析，确定第一金属间化合物层12、第二金属间化合物层22的厚度约5um。铝硅涂层钢板为热冲压冷却硬化型钢材，硬化后的抗拉强都约为1500Mpa（正负偏差50mpa）。

激光斑点面积1.2mm X0.5mm，光斑不动。激光头对准铝硅涂层钢板的一端，激光头的后面为激光测厚扫描反馈系统53。激光开机后，铝硅涂层钢板相对于光斑以6m/min的速度运动。上下表面待焊区域约1.2mm宽度将被烧蚀剥离，厚度方向确定保留0.7um，请参见附图2所示。每一块铝硅涂层钢板经过激光烧蚀加工后进入下一道焊接工序。

请参见附图3所示，焊接采用4kw连续性光纤激光，焊接速度10m/min，两块铝硅涂层钢板为间隙0mm。

采用常规的激光拼焊设备对经过加工的一对钢板，在第一剥离区域13、第二剥离区域23进激光焊接。焊接完成后，采用加热炉将焊接件加热至930-950摄氏度，保温5分钟。在热冲压机上进行冲压，同时以大于马氏体转变临界冷却速度的速度进行冷却，确保材料已经完成了合格的马氏体转化。对工件进行最终检验，无破裂发生在材料任何区域，在工件出取样（包含焊缝）进行力学拉伸测试。材料的抗拉强度大于1450Mpa，合格。

实施例3:

选用激光功率800W，脉冲30ns的碟片或光纤激光器，通过光纤引导激光至上下两个激光头，开机时从激光头发射高能脉冲激光。铝硅涂层钢板固定在可运动的工作台上。铝硅涂层钢板的尺寸为200mmX150mmX2.5mm一块，200mmX150mmX2.0mm一块。待焊接区域位于200mm长边一侧。铝合金的第一涂层101、第二涂层102、第三涂层201、第四涂层202位于铝硅涂层钢板的上下面，每个面的涂层总厚度为20um。取样做金相分析，确定第一金属间化合物层12、第二金属间化合物层22的厚度约5um。铝硅涂层钢板为热冲压冷却硬化型钢材，硬化后的抗拉强都约为1500Mpa（正负偏差50mpa）。

激光斑点面积1.2mm X0.5mm，光斑不动。激光头对准铝硅涂层钢板的一端，激光头的后面为激光测厚扫描反馈系统53。激光开机后，铝硅涂层钢板相对于光斑以6m/min的速度运动。上下表面待焊区域约1.2mm宽度将被烧蚀剥离，厚度方向确定保留1um，请参见附图2所示。每一块铝硅涂层钢板经过激光烧蚀加工后进入下一道焊接工序。

请参见附图3所示，焊接采用4kw连续性光纤激光，焊接速度10m/min，两块铝硅涂层钢板为间隙0mm。

采用常规的激光拼焊设备对经过加工的一对钢板，在第一剥离区域13、第二剥离区域23进激光焊接。焊接完成后，采用加热炉将焊接件加热至930-950摄氏度，保温5分钟。在热冲压机上进行冲压，同时以大于马氏体转变临界冷却速度的速度进行冷却，确保材料已经完成了合格的马氏体转化。对工件进行最终检验，无破裂发生在材料任何区域，在工件出取样（包含焊缝）进行力学拉伸测试。材料的抗拉强度大于1450Mpa，合格。

综上所述，本实用新型精确控制了铝微量元素的含量，避免了以铝元素为主要成分的杂质进入焊缝区域降低焊接接头的力学性能，保留10%-20%以上的化合物层对提高材料的力学、增强金属耐高温氧化和焊接接头性能恶化之间达到了良好的平衡；该钢板将在焊接板领域中得到广泛的应用，尤其可广泛应用于汽车等工业领域中。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通过预处理提高焊接性能的钢材，由第一基体材质（1）和上、下两层第一涂层（101）、第二涂层（102）构成的第一铝硅涂层钢板以及由第二基体材质（2）和上、下两层第三涂层（201）、第四涂层（202）构成的第二铝硅涂层钢板，所述的第一涂层（101）、第二涂层（102）分别由第一铝层（11）和接触第一基体材质（1）的第一金属间化合物层（12）构成，所述的第三涂层（201）、第四涂层（202）分别由第二铝层（21）和接触第二基体材质（2）的第二金属间化合物层（22）构成；

其特征是：在所述的第一铝硅涂层钢板的待焊接区域剥离100%的第一铝层（11）和部分第一金属间化合物层（12），形成第一剥离区域（13），在第二铝硅涂层钢板的待焊接区域剥离100%的第二铝层（21）和部分第二金属间化合物层（22），形成第二剥离区域（23）。

2.根据权利要求1所述的通过预处理提高焊接性能的钢材，其特征是：所述的第一剥离区域（13）、第二剥离区域（23）中部分金属间化合物层的厚度分别占所述的第一金属间化合物层（12）、第二金属间化合物层（22）的厚度的80%-95%。

3.根据权利要求1或2所述的通过预处理提高焊接性能的钢材，其特征是：所述的第一剥离区域（13）、第二剥离区域（23）的宽度为0.2-3mm。

4.根据权利要求3所述的通过预处理提高焊接性能的钢材，其特征是：所述的第一剥离区域（13）、第二剥离区域（23）的宽度为0.2-1.0mm。

5.根据权利要求1或2所述的通过预处理提高焊接性能的钢材，其特征是：所述的第一剥离区域（13）、第二剥离区域（23）的剥离区域分别由第一激光束（51）在所述的两块铝硅涂层钢板的一个镀面上激光烧蚀完成。

6.根据权利要求1或2所述的通过预处理提高焊接性能的钢材，其特征是：所述的第一剥离区域（13）、第二剥离区域（23）的剥离区域分别由第一激光束（51）、第二激光束（52）同时在所述的两块铝硅涂层钢板的两个镀面上激光烧蚀完成。

7.一种根据权利要求1或2所述的通过预处理提高焊接性能的钢材成型件，其特征是：所述的两块铝硅涂层钢板分别在第一剥离区域（13）、第二剥离区域（23）上通过电弧焊接或等离子焊接或激光焊接进行焊接连接，构成钢材成型件。

8.根据权利要求7所述的通过预处理提高焊接性能的钢材成型件，其特征是：所述的两块铝硅涂层钢板的焊接边之间的焊接间距不大于0.5mm。