RU2590759C2 - Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород - Google Patents

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород Download PDF

Info

Publication number
RU2590759C2
RU2590759C2 RU2013105805/02A RU2013105805A RU2590759C2 RU 2590759 C2 RU2590759 C2 RU 2590759C2 RU 2013105805/02 A RU2013105805/02 A RU 2013105805/02A RU 2013105805 A RU2013105805 A RU 2013105805A RU 2590759 C2 RU2590759 C2 RU 2590759C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminum
additional component
protective gas
welding
surface coating
Prior art date
Application number
RU2013105805/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013105805A (ru
Inventor
Франсис БРИАН
Оливье ДЮБЕ
Original Assignee
Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод filed Critical Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Publication of RU2013105805A publication Critical patent/RU2013105805A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2590759C2 publication Critical patent/RU2590759C2/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/211—Bonding by welding with interposition of special material to facilitate connection of the parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B23K35/002—Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of light metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
    • B23K35/0227—Rods, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/38—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/38—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • B23K35/383—Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/006—Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/18—Sheet panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34—Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки, осуществляемому с помощью электрической дуги и лазерного луча, сочетающихся друг с другом в единой сварочной ванне, в которую расплавленный металл подается посредством плавления расходуемой проволоки. Сварочную ванну получают на по меньшей мере одной стальной детали, содержащей поверхностное покрытие на основе алюминия. Процесс ведут с защитным газом. Защитный газ образован по меньшей мере одним основным компонентом, выбранным среди аргона и гелия, и по меньшей мере одним дополнительным компонентом, выбранным среди азота и кислорода. Защитный газ содержит от 1% до 20% по объему упомянутого одного дополнительного компонента. 10 з.п. ф-лы, 1 пр.

Description

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки стальных деталей, содержащих поверхностное покрытие на основе алюминия, в частности, покрытие из алюминия и кремния, осуществляемому с защитным газом, образованным аргоном и/или гелием, с добавлением небольших долей азота или кислорода.
Некоторые стали, называемые алитированными, поскольку они покрыты алюминием или сплавом на основе алюминия, такие как стали типа USIBOR™, обладают очень высокими механическими характеристиками после горячей вытяжки (листовой штамповки) и поэтому все больше и больше применяются в области автомобилестроения, когда стремятся получить выигрыш в весе.
Действительно, эти стали предназначены подвергаться термическим обработкам, а затем закалке во время операции горячей вытяжки, а получаемые в результате этого их механические характеристики позволяют очень существенно уменьшить вес транспортного средства (автомобиля) по сравнению со стандартной сталью с высоким пределом текучести. Они в основном используются для производства балок бампера, элементов жесткости двери, центральных стоек, стоек дверного проема и т.д.
В документе EP-A-1878531 предлагается сваривать данный тип алитированных сталей с применением способа гибридной лазерно-дуговой сварки. Принцип гибридной лазерно-дуговой сварки хорошо известен в уровне техники.
Однако на практике наблюдалось, что после операции гибридной сварки с защитной атмосферой, образованной смесью He/Ar, стальных деталей, покрытых алюминием или алюминиевым сплавом, в частности, сплавом типа Al/Si, и термической обработки после сварки, включающей горячую вытяжку при 920°C, а затем закалку в инструменте (30°/с), в сварном соединении часто появлялась фаза с меньшей прочностью на растяжение, чем основной металл и чем зона плавления.
Однако данная фаза с меньшей прочностью на растяжение образует хрупкую зону получаемого таким образом сварного соединения, как это объясняется ниже. Эти более хрупкие зоны появляются внутри мартенситной зоны в виде островков белой фазы, содержащих агрегаты алюминия, происходящего из поверхностного слоя.
После проведенного анализа было установлено, что данная фаза содержит довольно значительную процентную долю алюминия (>2%), который препятствует аустенитному превращению стали во время ее термической обработки перед вытяжкой, т.е. данная фаза остается в виде дельта-феррита, откуда следует меньшая прочность, чем в остальной части детали, подвергшейся мартенситному/бейнитному превращению.
Однако фаза, не превращенная в мартенситную фазу, может во время определения механических характеристик узла после сварки, вытяжки с последующей термической обработкой, повлечь за собой трещины и даже разрушение при сдвиге сварного узла, поскольку эти зоны, включающие алюминий, обладают более низкой прочностью сварного шва, чем наплавленный металл.
Таким образом, ставится задача предложить способ гибридной лазерно-дуговой сварки, улучшающий механические свойства сварного соединения, при операции сварки стальных деталей, покрытых слоем, содержащим алюминий. Более точно, задача заключается в том, чтобы можно было получить однородную микроструктуру мартенситного типа в зоне плавления, т.е. в сварном шве, после горячей вытяжки, обычно при примерно 920°C, и закалки в вытяжном штампе, обычно со скоростью охлаждения между 800 и 500°C порядка 30°C/сек.
Предлагаемым в изобретении решением является способ гибридной лазерно-дуговой сварки, осуществляемый с помощью электрической дуги и лазерного луча, сочетающихся друг с другом, в частности, в единой сварочной ванне, в которую расплавленный металл подается посредством плавления расходуемой проволоки, и сварочная ванна получается на по меньшей мере одной стальной детали, содержащей поверхностное покрытие на основе алюминия, и в котором дополнительно используют защитный газ, отличающийся тем, что защитный газ образован по меньшей мере одним основным компонентом, выбранным среди аргона и гелия, и по меньшей мере одним дополнительным компонентом, выбранным среди азота и кислорода.
Таким образом, согласно изобретению, сварочная ванна, а значит, впоследствии и сварное соединение, получается на уровне плоскости соединения, образованной при приведении в контакт, в частности, стык в стык, свариваемых деталей, посредством плавления составляющей детали стали в результате одновременного действия лазерного луча и электрической дуги, которые сочетаются друг с другом для расплавления металла свариваемых детали или деталей, в то время как добавочная подача расплавленного металла достигается, кроме того, благодаря расходуемой проволоке, которая также расплавляется, предпочтительно посредством электрической дуги, причем расплавленный таким образом металл размещается в сварочной ванне, образованной на соединяемых детали или деталях.
Для разрешения вышеупомянутой задачи, согласно изобретению, в качестве защитной атмосферы зоны сварки, в частности сварочной ванны, используют газовую смесь, которая образована, с одной стороны, исключительно аргоном, гелием или ими двумя в качестве основного(ых) компонента(ов) газовой смеси и, с другой стороны, азотом или кислородом, или даже ими двумя, в качестве дополнительного(ых) компонента(ов), таким образом представляя собой двухкомпонентную газовую смесь типа Ar/N2, Ar/O2, He/O2 или He/N2, или трехкомпонентную газовую смесь типа Ar/He/N2 или Ar/He/O2, или даже четырехкомпонентную газовую смесь типа Ar/He/О2/N2. Во всех случаях доля основного компонента (т.е. Ar или He) или сумма долей основных компонентов (т.е. Ar и He) больше доли дополнительного компонента (т.е. N2 или O2) или суммы долей дополнительных компонентов (т.е. N2 и O2), присутствующих в газовой смеси.
Среди этих используемых различных газовых смесей наиболее предпочтительными являются две смеси, поскольку они приводят к очень хорошим результатам, как объяснено далее, а именно, смеси Ar/N2 или Ar/He/N2, содержащие самое большее 10% азота (% по объему) и, предпочтительно, примерно от 3 до 7% азота. В общем, следует отметить, что в рамках настоящего изобретения, если отсутствуют другие указания, любые приведенные процентные содержания (%) являются объемными процентными содержаниями (% по объему).
Действительно, использование способа гибридной лазерно-дуговой сварки, при которой применяется газовая защитная смесь, образованная аргоном и/или гелием, с одной стороны, и азотом и/или кислородом, с другой стороны, позволяет получить при соединении алитированных стальных деталей сварное соединение мартенситной микроструктуры, не содержащей или почти не содержащей белесых островков феррита, поскольку добавление O2 или N2 позволяет захватить происходящий из поверхностного слоя алюминий, который высвобождается при расплавлении упомянутого слоя под действием дуги и лазерного луча.
Захватывание алюминия компонентами O2 или N2 приводит к образованию компонентов типа Al2O3 или AlN, таким образом исключая образование феррита или других вредных интерметаллических соединений. Между прочим, образованные таким образом оксиды или нитриды алюминия удерживаются на поверхности ванны, таким образом препятствуя растворению алюминия в сварочной ванне.
Это приводит к подавлению или, по меньшей мере, заметному уменьшению внедрения алюминия в сварной шов, а значит, улучшению прочности на растяжение ввиду полного или почти полного исчезновения обычно наблюдаемой белесой фазы дельта-феррита.
В зависимости от ситуации, способ по изобретению может содержать один или более из следующих признаков:
защитный газ содержит от 1 до 20% по объему упомянутого по меньшей мере одного дополнительного компонента;
защитный газ содержит от 1 до 15% по объему упомянутого по меньшей мере одного дополнительного компонента;
защитный газ содержит по меньшей мере 2% по объему упомянутого по меньшей мере одного дополнительного компонента;
защитный газ содержит самое большее 10% по объему упомянутого по меньшей мере одного дополнительного компонента;
защитный газ содержит исключительно азот в качестве дополнительного компонента;
защитный газ содержит по меньшей мере 4% по объему азота в качестве дополнительного компонента;
защитный газ содержит по меньшей мере 5% по объему азота в качестве дополнительного компонента;
защитный газ содержит самое большее 8% по объему азота в качестве дополнительного компонента;
защитный газ содержит самое большее 7% по объему азота в качестве дополнительного компонента;
защитный газ содержит по меньшей мере 5,5% по объему азота и самое большее 6,5% по объему азота;
защитный газ является смесью He/Ar/N2 или Ar/N2;
стальные деталь или детали содержат поверхностное покрытие на основе алюминия, имеющее толщину, составляющую между 5 и 100 мкм, предпочтительно, меньшую или равную 50 мкм. Покрытие покрывает по меньшей мере одну поверхность детали или деталей, но, предпочтительно, чтобы покрытие на основе алюминия не присутствовало или почти не присутствовало на торцевых кромках упомянутых детали или деталей, т.е., например, на срезах листа;
металлическая деталь или детали выполнены из стали с поверхностным покрытием на основе алюминия и кремния, предпочтительно, поверхностное покрытие содержит более 70% по массе алюминия;
металлическая деталь или детали выполнены из стали с поверхностным покрытием, состоящим по существу из алюминия и кремния (Al/Si);
металлическая деталь или детали имеют поверхностное покрытие на основе алюминия и кремния, содержащее долю алюминия в 5-100 раз больше, чем у кремния, например, долю алюминия 90% по весу и долю кремния 10% по весу, то есть слой поверхностного покрытия содержит в 9 раз больше алюминия, чем кремния;
металлическая деталь или детали имеют поверхностное покрытие на основе алюминия и кремния, содержащее долю алюминия в 5-50 раз больше, чем у кремния, в частности, долю алюминия в 5-30 раз больше, чем у кремния, в частности, долю алюминия в 5-20 раз больше, чем у кремния;
сваривают друг с другом несколько деталей, как правило, две детали; упомянутые детали могут быть идентичными или различными, в частности, что касается форм, толщины и т.д.;
детали выполнены из высоколегированной (>5% по весу легирующих элементов), низколегированной (<5% по весу легирующих элементов) или нелегированной стали, например, углеродистой стали;
сварочная проволока является цельной проволокой или порошковой проволокой;
сварочная проволока имеет диаметр между 0,5 и 5 мм, как правило, между примерно 0,8 и 2,5 мм;
расходуемую проволоку плавят электрической дугой, предпочтительно, дугой, получаемой посредством горелки для MIG-сварки;
расходуемая проволока содержит углерод и/или марганец (мин. 0,1% C и мин. 2% Mn);
свариваемые деталь или детали выбраны среди составных заготовок и труб;
свариваемые деталь или детали являются элементами глушителя;
детали позиционируют и сварены встык без скоса кромок;
электрическую дугу создают горелкой для сварки типа MIG (дуговая сварка плавящим электродом в среде инертного газа);
лазерный луч создают генератором или лазерным устройством типа CO2, YAG, волоконного, в частности, с иттербиевыми или эрбиевыми волокнами, или дискового;
лазерный луч предшествует дуге MIG во время сварки, рассматривая в направлении сварки;
режим сварки MIG относится к типу короткой дуги;
напряжение сварки составляет меньше 20 В, как правило, от 11 до 16 В;
сила тока сварки составляет меньше 200 A, как правило, от 118 до 166 А;
скорость сварки составляет меньше 20 м/мин, как правило, от 4 до 6 м/мин;
свариваемые деталь или детали имеют толщину от 0,8 до 2,5 мм, предпочтительно, от 1,8 до 2,3 мм. Толщина рассматривается на уровне плоскости получаемого шва, т.е. в месте, где металл расплавляется для образования сварного шва, например, на уровне оконечной кромки свариваемой детали или деталей;
сварное соединение имеет структуру мартенситного типа;
давление газа составляет от 2 до 15 бар, например, порядка 4 бар;
расход газа составляет от 10 до 40 л/мин, как правило, порядка 25 л/мин;
точку фокусирования лазерного луча фокусируют над свариваемой деталью и в диапазоне от 3 до 6 мм;
расстояние между присадочной проволокой и лазерным лучом должно составлять от 2 до 3 мм;
сваривают друг с другом множество деталей, как правило, две детали;
газовая смесь, используемая в рамках настоящего изобретения, может либо быть получена непосредственно на месте путем смешивания составляющих смеси в желаемых долях посредством газового смесителя, либо быть предварительно подготовлена, т.е. получена на предприятии по кондиционированию, а затем доставлена на место применения в соответствующих емкостях газа, таких как баллоны сварочного газа.
Изобретение будет лучше понятно благодаря следующему описанию и примерам, осуществленным для демонстрации эффективности способа гибридной лазерно-дуговой сварки по изобретению.
ПРИМЕРЫ
Способ гибридной лазерно-дуговой сварки согласно изобретению дал хорошие результаты во время его применения для производства гибридной сварки посредством лазерного источника типа CO2 и горелки для дуговой MIG-сварки стальных деталей, покрытых слоем примерно 30 мкм сплава алюминия-кремния с долями соответственно 90% и 10% по весу.
Толщина сваренных деталей составляет 2,3 мм.
В рамках проведенных испытаний используемый газ, который распределяется с расходом 25 л/мин и под давлением 4 бар, является:
испытание A (сравнительное): смесь ARCAL 37, образованная из 70% гелия и 30% аргона;
испытание B: смесь ARCAL 37 с добавлением 6% N2;
испытание C: смесь ARCAL 37 с добавлением 3% O2.
Смесь ARCAL 37 продается фирмой L'Air Liquide.
Используемой горелкой является MIG-горелкой фирмы OTC, снабжаемой присадочной проволокой типа Nic 535 (0,7% C и 2% Mn) диаметром 1,2 мм, которая подается со скоростью 3 м/мин.
Напряжение сварки составляет примерно 15 В, а сила тока примерно 139 A получены при помощи генератора типа Digi@wave 500 (короткая дуга/короткая дуга +) в синергическом режиме (EN 131), продаваемого фирмой Air Liquide Welding, Франция.
Лазерным источником является оптический лазерный генератор типа CO2 мощностью 12 кВт.
Скорость сварки достигает 4 м/мин.
Свариваемые детали представляют собой расположенные встык без скоса кромок составные заготовки из алитированной стали (Al/Si) типа Usibor 1500™.
Достигнутые результаты показывают, что присутствие N2 в смеси аргон/гелий приводит к лучшим результатам, чем в испытаниях без азота в защитном газе.
Также присутствие небольшой доли O2 в смеси аргон/гелий позволяет противодействовать эффекту подавления аустенитного превращения, вызванному присутствием алюминия в зоне плавления.
Действительно, используя смеси Ar и/или He и N2 и/или O2 согласно изобретению, тем самым содействовали значительному улучшению результатов, которые повышаются пропорционально содержанию N2 или O2 в смеси. Действительно, микрофотографии показывают, что как в одном, так и в другом случае белые фазы полностью исчезли, в то время как это не имеет места в случае только со смесью ARCAL 37.
Кроме того, с добавлениями O2 или N2 сопротивление разрыву сварного соединения после аустенизации и закалки эквивалентно таковому у основного металла.
Полученные во время испытаний результаты показывают, что добавление азота в аргон и/или гелий позволяет существенно улучшить качество сварки сталей, покрытых поверхностным слоем сплава алюминия/кремния, в частности, однородную микроструктуру мартенситного типа в зоне плавления.
Улучшение тем заметнее, чем больше содержания азота, но при оптимуме меньше 10% по объему, что побуждает использовать порядка 6-7% азота в аргоне или в аргоне/гелии.
Улучшение также тем заметнее, чем больше содержание кислорода, но при оптимуме меньше 10% по объему, что побуждает использовать порядка 3-5% азота в аргоне или в аргоне/гелии.
Способ по изобретению особенно приспособлен для сварки составных заготовок (tailored blanks), используемых в области автомобилестроения, в частности, элементов глушителей автомобилей, или для сварки труб.

Claims (11)

1. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки с помощью электрической дуги и лазерного луча, одновременно формирующих сварочную ванну на по меньшей мере одной стальной детали, содержащей поверхностное покрытие на основе алюминия, причем расплавленный металл подают посредством плавления расходуемой проволоки, и при этом дополнительно используют защитный газ, отличающийся тем, что защитный газ образован по меньшей мере одним основным компонентом, выбранным из аргона и гелия, и по меньшей мере одним дополнительным компонентом, выбранным из азота и кислорода, при этом защитный газ содержит от 1% до 20% по объему упомянутого по меньшей мере одного дополнительного компонента.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный газ содержит от 2% до 10% по объему упомянутого по меньшей мере одного дополнительного компонента.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный газ содержит исключительно азот в качестве дополнительного компонента.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный газ содержит от 4% до 7% по объему азота в качестве дополнительного компонента.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитный газ представляет собой смесь He/Ar/N2 или Ar/N2.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая по меньшей мере одна стальная деталь содержит поверхностное покрытие на основе алюминия, имеющее толщину, составляющую между 5 и 100 мкм, предпочтительно меньшую или равную 50 мкм.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна стальная деталь содержит поверхностное покрытие на основе алюминия с добавлением кремния, причем, предпочтительно поверхностное покрытие содержит более 70 мас.% алюминия.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расходуемую проволоку плавят электрической дугой, предпочтительно, дугой, получаемой посредством горелки для MIG-сварки.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расходуемая проволока содержит углерод и/или марганец в количестве мин. 0,1% С и мин. 2% Mn.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна свариваемая деталь выбрана из составных заготовок, труб или элементов глушителей.
11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что детали размещают и сваривают встык без скоса кромок.
RU2013105805/02A 2010-07-13 2011-05-05 Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород RU2590759C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1055691 2010-07-13
FR1055691A FR2962674B1 (fr) 2010-07-13 2010-07-13 Procede de soudage hybride arc/laser de pieces en acier aluminise
PCT/FR2011/051015 WO2012007663A1 (fr) 2010-07-13 2011-05-05 Procede de soudage hybride arc/laser de pieces en acier aluminise avec gaz comprenant de l'azote et/ou de l'oxygene

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013105805A RU2013105805A (ru) 2014-09-10
RU2590759C2 true RU2590759C2 (ru) 2016-07-10

Family

ID=43531255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013105805/02A RU2590759C2 (ru) 2010-07-13 2011-05-05 Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород

Country Status (13)

Country Link
US (1) US20130105446A1 (ru)
EP (1) EP2593267B1 (ru)
JP (1) JP6067555B2 (ru)
KR (1) KR20130124471A (ru)
CN (1) CN102985216B (ru)
BR (1) BR112013000894A2 (ru)
CA (1) CA2800246C (ru)
ES (1) ES2554494T3 (ru)
FR (1) FR2962674B1 (ru)
MX (1) MX2012014671A (ru)
RU (1) RU2590759C2 (ru)
WO (1) WO2012007663A1 (ru)
ZA (1) ZA201209342B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640105C1 (ru) * 2017-01-16 2017-12-26 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2962674B1 (fr) * 2010-07-13 2013-03-08 Air Liquide Procede de soudage hybride arc/laser de pieces en acier aluminise
DE102012111118B3 (de) 2012-11-19 2014-04-03 Wisco Tailored Blanks Gmbh Verfahren zum Laserschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus härtbarem Stahl im Stumpfstoß
CN103529171B (zh) * 2013-10-23 2016-01-20 湖南铁达能源科技有限公司 一种对氩、氦、氮焊接混合气进行生产质量控制的方法
DE102014001979A1 (de) 2014-02-17 2015-08-20 Wisco Tailored Blanks Gmbh Verfahren zum Laserschweißen eines oder mehrerer Werkstücke aus härtbarem Stahl im Stumpfstoß
ES2627220T3 (es) * 2014-05-09 2017-07-27 Gestamp Hardtech Ab Métodos para la unión de dos formatos y los formatos y los productos obtenidos
CN106392328B (zh) * 2016-11-23 2018-08-07 苏州大学 一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法
US11491581B2 (en) 2017-11-02 2022-11-08 Cleveland-Cliffs Steel Properties Inc. Press hardened steel with tailored properties
CN108213711A (zh) * 2018-01-12 2018-06-29 上海交通大学 一种用激光填丝焊工艺制造铝硅镀层热成形钢拼焊板的方法
CN111230301B (zh) * 2019-03-29 2022-08-12 宝山钢铁股份有限公司 带铝或铝合金镀层的钢制薄壁焊接等强部件的制造方法
KR102273869B1 (ko) * 2020-06-02 2021-07-06 현대제철 주식회사 알루미늄계 도금 블랭크, 이의 제조방법 및 알루미늄계 도금 블랭크 제조장치
CN111975203A (zh) * 2020-06-06 2020-11-24 南京理工大学 一种高氮钢双光束激光+(n-mig)电弧复合焊接方法
CN115722795B (zh) 2021-08-25 2024-09-10 宝山钢铁股份有限公司 一种钢制薄壁拼焊件的制造方法及使用该拼焊件制备的热冲压部件
KR20230048768A (ko) 2021-10-05 2023-04-12 주식회사엠에스테크놀러지 헬륨과 아르곤의 혼합가스를 이용한 알루미늄 합금 또는 스테인리스 재질의 핀홀 방지용 용접 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1380380A2 (fr) * 2000-05-31 2004-01-14 L'air Liquide, S.A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Procédé de soudage hybride laser-arc avec gaz approprié et électrode fusible
RU2228827C2 (ru) * 2001-08-31 2004-05-20 Юрий Васильевич Попадинец Световод и способ его использования
RU2229367C2 (ru) * 2002-07-08 2004-05-27 Юрий Васильевич Попадинец Световод и способ его использования
EP1878531A1 (fr) * 2006-07-12 2008-01-16 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Procédé de soudage hybride laser-arc de pièces métalliques présentant un revêtement surfacique contenant de l'aluminium
RU2317183C2 (ru) * 2002-02-08 2008-02-20 Хонейвелл Интернэшнл Инк. Ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4196336A (en) * 1977-10-20 1980-04-01 Pennwalt Corporation Method of hard surfacing a metal object
DD133538A1 (de) * 1977-11-02 1979-01-10 Manfred Poehler Verfahren zur anwendung eines gasgemisches als schutzgas
DE19831831A1 (de) * 1998-04-08 1999-10-14 Linde Ag Schutzgas zum WIG-Gleichstromschweißen von Aluminium
FR2809645B1 (fr) * 2000-05-31 2002-09-27 Air Liquide Application d'un procede hybride laser-arc au soudage de tube
FR2809648B1 (fr) * 2000-05-31 2002-08-30 Air Liquide Procede et installation de soudage hybride par laser et arc electrique, notamment de pieces automobiles ou de tubes
JP3735274B2 (ja) * 2001-07-02 2006-01-18 三菱重工業株式会社 アルミニウムまたはアルミニウム系合金のアーク溶接方法
FR2829414B1 (fr) * 2001-09-13 2003-10-31 Air Liquide Procede de soudage hybride laser-arc avec ajustage des debits de gaz
FR2834658B1 (fr) * 2002-01-11 2004-04-02 Air Liquide PROCEDE ET INSTALLATION DE SOUDAGE LASER AVEC MELANGE GAZEUX N2/He A TENEURS CONTROLEES EN FONCTION DE LA PUISSANCE LASER
JP4035335B2 (ja) * 2002-01-23 2008-01-23 株式会社神戸製鋼所 アークとレーザの複合溶接方法
FR2865152B1 (fr) * 2004-01-21 2007-02-02 Air Liquide Procede de soudage hybride arc-laser des aciers ferritiques
FR2887481B1 (fr) * 2005-06-22 2008-12-26 Air Liquide Soudo-brasage tig avec transfert de metal par pont liquide
DE102005040552A1 (de) * 2005-08-26 2007-03-01 Linde Ag Verfahren zum Lichtbogenfügen
FR2898529B1 (fr) * 2006-03-15 2008-04-25 Air Liquide Soudo-brasage de pieces en acier avec fil en cuivre et melange gazeux oxydant
FR2904576B1 (fr) * 2006-08-03 2008-09-26 L'air Liquide Soudo-brasage tig avec transfert de metal par gouttes et a frequence controlee
DE102007046709A1 (de) * 2007-09-28 2009-04-09 Linde Ag Verfahren zum Fügen von Gegenständen
FR2962674B1 (fr) * 2010-07-13 2013-03-08 Air Liquide Procede de soudage hybride arc/laser de pieces en acier aluminise

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1380380A2 (fr) * 2000-05-31 2004-01-14 L'air Liquide, S.A. à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Procédé de soudage hybride laser-arc avec gaz approprié et électrode fusible
RU2228827C2 (ru) * 2001-08-31 2004-05-20 Юрий Васильевич Попадинец Световод и способ его использования
RU2317183C2 (ru) * 2002-02-08 2008-02-20 Хонейвелл Интернэшнл Инк. Ручная питаемая порошком горелка для лазерной сварки плавлением
RU2229367C2 (ru) * 2002-07-08 2004-05-27 Юрий Васильевич Попадинец Световод и способ его использования
EP1878531A1 (fr) * 2006-07-12 2008-01-16 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Procédé de soudage hybride laser-arc de pièces métalliques présentant un revêtement surfacique contenant de l'aluminium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.Г.ГРИГОРЬЯНЦ и др."Технологические процессы лазерной обработки", издат.МГТУ им.Н.Э.Баумана, М.,2006, с.рис.6.10, см.с.399, рис.6.17, с.415,416. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640105C1 (ru) * 2017-01-16 2017-12-26 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Also Published As

Publication number Publication date
ZA201209342B (en) 2013-08-28
JP2013532070A (ja) 2013-08-15
ES2554494T3 (es) 2015-12-21
WO2012007663A1 (fr) 2012-01-19
CN102985216A (zh) 2013-03-20
MX2012014671A (es) 2013-02-11
BR112013000894A2 (pt) 2016-05-17
EP2593267B1 (fr) 2015-09-16
FR2962674A1 (fr) 2012-01-20
CN102985216B (zh) 2016-05-04
JP6067555B2 (ja) 2017-01-25
EP2593267A1 (fr) 2013-05-22
US20130105446A1 (en) 2013-05-02
CA2800246C (fr) 2018-07-17
KR20130124471A (ko) 2013-11-14
FR2962674B1 (fr) 2013-03-08
CA2800246A1 (fr) 2012-01-19
RU2013105805A (ru) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2590759C2 (ru) Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород
RU2588978C2 (ru) Способ гибридной лазерно-дуговой сварки деталей из алитированной стали с проволокой, содержащей образующие гамму-фазу элементы, и газом, содержащим менее 10% азота или кислорода
JP5813337B2 (ja) アルミナイズ金属工作物をレーザー−アークハイブリッド溶接する方法
CN101367157B (zh) 一种高强或超高强钢激光-电弧复合热源焊接方法
JP2013532070A5 (ru)
Guo et al. Laser welding of high strength steels (S960 and S700) with medium thickness
US20130105445A1 (en) Method For Arc-Welding Aluminum-Coated Metal Parts Using An Inert Gas Containing Nitrogen
US20130112663A1 (en) Method For Arc-Welding Aluminum-Coated Metal Parts Using Oxidizing Gas
Angelastro et al. Weldability of TWIP and DP steel dissimilar joint by laser arc hybrid welding with austenitic filler
KR102647717B1 (ko) 코팅된 강판을 용접하는 방법
Algahtani et al. Effect of Fiber YAG Laser Parameters on the Microstructural and Mechanical Properties of High Strength Low-Alloy Steel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190506