本發(fā)明涉及激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法。
背景技術(shù)：
伴隨著世界汽車(chē)保有量的與日俱增，能源短缺、環(huán)境污染等一系列問(wèn)題也日益突出。節(jié)能減排已成為世界汽車(chē)工業(yè)界亟待解決的問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，若汽車(chē)整車(chē)重量降低10％，燃油效率可提高6％～8％；汽車(chē)整備質(zhì)量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽車(chē)重量降低1％，油耗可降低0.7％。超高強(qiáng)度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠滿(mǎn)足減輕汽車(chē)重量和提高碰撞安全性能的雙重需要。因此，超高強(qiáng)鋼是汽車(chē)領(lǐng)域中在材料減重方面滿(mǎn)足車(chē)身輕量化及提高碰撞性的最佳選擇，也被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到車(chē)身的制造中。
熱成形鋼作為一種典形的超高強(qiáng)汽車(chē)用鋼，主要用于汽車(chē)上B柱、防撞梁等安全件的制造。現(xiàn)有技術(shù)為防止熱成形鋼在熱沖壓成形過(guò)程中表層被氧化，通常將Al-Si鍍層鍍?cè)阡摪灞砻妫欢撳儗訁s導(dǎo)致該鋼的焊接帶來(lái)非常大的困難：Al-Si鍍層在焊接過(guò)程中熔化后會(huì)進(jìn)入焊縫，形成脆性的金屬間Fe-Al化合物，同時(shí)影響焊縫相變規(guī)律導(dǎo)致鐵素體的形成，使得焊縫的強(qiáng)度和韌性均無(wú)法滿(mǎn)足要求。因此，現(xiàn)有技術(shù)通常采用機(jī)械剝離、激光燒蝕、噴丸等方式先去除表面鍍層，再進(jìn)行焊接用于避免鋁層與合金層帶來(lái)的影響，但這種方法工序繁多，大大降低了生產(chǎn)效率。
專(zhuān)利201380001259.1公布了一種利用填充焊絲(C含量比基材高0.1％～0.8％wt、Mn含量比基材高1.5％～7.0％wt)來(lái)抑制焊縫區(qū)內(nèi)鐵素體相變的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了不需要去除Al-Si鍍層直接進(jìn)行激光拼焊，并且能夠獲得高質(zhì)量的不同材料或厚度的拼焊板。但是，該方法是通過(guò)添加焊絲來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接，顯然，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，正是由于使用焊絲、增加送絲機(jī)、激光束與送絲機(jī)匹配等，使得生產(chǎn)成本顯著提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，方法簡(jiǎn)單、成本低、抗剪強(qiáng)度高。
本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：
使用激光焊接設(shè)備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行拼焊；所述保護(hù)氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。
優(yōu)選的，所述保護(hù)氣體中惰性氣體占混合氣體的體積百分比為78％～95％；所述氧氣和二氧化碳的一種或兩種占混合氣體的體積百分比為5％～22％。
優(yōu)選的，所述惰性氣體選自氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氮?dú)庵械囊环N或幾種。
優(yōu)選的，所述保護(hù)氣體的流量為10～15L/min。
優(yōu)選的，所述激光焊接設(shè)備的激光功率為500～5000W；激光束掃描速率為0.8～3.0m/min。
優(yōu)選的，所述激光焊接設(shè)備為光纖激光器、半導(dǎo)體激光器或二氧化碳激光器。
優(yōu)選的，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度為0.8～2.0mm。
優(yōu)選的，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的布置形式為對(duì)接；所述對(duì)接的兩塊鋼板之間的焊縫寬度小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～20％。
優(yōu)選的，所述拼焊前包括預(yù)處理，所述預(yù)處理為使用溶劑清洗所述鋼板。
優(yōu)選的，所述溶劑選自丙酮和乙醇中的一種或幾種。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：使用激光焊接設(shè)備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行拼焊；所述保護(hù)氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。本發(fā)明在拼焊過(guò)程中，采用氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體作為保護(hù)氣體，提高了焊接熔池中的氧分壓，進(jìn)行使得進(jìn)入焊接熔池中的Al元素與氧元素結(jié)合形成Al2O3，抑制Al與Fe元素形成金屬間化合物和影響奧氏體相變，最終獲得全板條馬氏體組織的焊縫區(qū)，焊縫的抗剪強(qiáng)度達(dá)到母材水平。該方法無(wú)需添加焊絲，也無(wú)需焊前去除鍍層，方法簡(jiǎn)單、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：
使用激光焊接設(shè)備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行拼焊；所述保護(hù)氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。
本發(fā)明使用激光焊接設(shè)備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行拼焊。
在本發(fā)明中，所述拼焊前優(yōu)選包括預(yù)處理，所述預(yù)處理為使用溶劑清洗所述鋼板。
在本發(fā)明中，所述溶劑優(yōu)選選自丙酮和乙醇中的一種或幾種。
本發(fā)明在拼焊前僅僅需要使用溶劑清洗鋼板表面油污即可，無(wú)需采用機(jī)械剝離或激光燒蝕等方法去除鋼板表面的Al-Si鍍層，方法簡(jiǎn)單，成本低。
在本發(fā)明中，焊接前，優(yōu)選將清洗后的鋼板進(jìn)行布置，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的布置形式為對(duì)接；所述對(duì)接具體為：
將凈化處理的鋼板置于工作臺(tái)上，使用焊接夾具使得兩塊鋼板緊密接觸。
本發(fā)明對(duì)于所述工作臺(tái)和焊接夾具不進(jìn)行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的焊接工作臺(tái)和焊接夾具即可。
在本發(fā)明中，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度優(yōu)選為0.8～2.0mm；更優(yōu)選為1～1.8mm。
在本發(fā)明中，所述對(duì)接的兩塊鋼板之間的焊縫寬度優(yōu)選小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～20％；更優(yōu)選小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～18％；最優(yōu)選小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～15％。
上述特定的對(duì)接設(shè)置更有利于最終鋼板的強(qiáng)度；上述焊縫的大小更有利于焊接后的熔融相連。
對(duì)接后，使用激光焊接設(shè)備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行拼焊。
所述拼焊優(yōu)選具體為：采用激光設(shè)備在保護(hù)氣體條件下，采用激光照射鋼板對(duì)接處，融化鋼板對(duì)接處，使得對(duì)接處發(fā)生液化、凝固以及冷卻形成最終的焊縫。
本發(fā)明所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的熱沖壓后的帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板，本發(fā)明對(duì)此并無(wú)特殊限制。
本發(fā)明對(duì)于所述具體的拼焊方式不進(jìn)行限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的具體的拼焊方式即可。
在本發(fā)明中，所述激光焊接設(shè)備優(yōu)選為光纖激光器、半導(dǎo)體激光器或二氧化碳激光器；更優(yōu)選為光纖激光器。
在本發(fā)明中，所述激光焊接設(shè)備的激光功率優(yōu)選為500～5000W；更優(yōu)選為1000～4000W；所述激光束掃描速率優(yōu)選為0.8～3.0m/min；更優(yōu)選為1～3.0m/min；最優(yōu)選為2～3.0m/min。
在本發(fā)明中，所述保護(hù)氣體中惰性氣體占混合氣體的體積百分比優(yōu)選為78％～95％；更優(yōu)選為80％～93％；最優(yōu)選為82％～90％；所述氧氣和二氧化碳的一種或兩種占混合氣體的體積百分比優(yōu)選為5％～22％；更優(yōu)選為7％～20％；最優(yōu)選為10％～18％。
在本發(fā)明中，所述氧氣和二氧化碳的體積比優(yōu)選為1：(2～3)。
在本發(fā)明中，所述保護(hù)氣體中除了惰性氣體、氧氣和二氧化碳，本發(fā)明還可以包括1％～2％的雜質(zhì)氣體。本發(fā)明對(duì)于所述雜質(zhì)氣體的種類(lèi)不進(jìn)行限定。
本發(fā)明的保護(hù)氣體還可以是空氣。
在本發(fā)明中，所述惰性氣體優(yōu)選選自氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氮?dú)庵械囊环N或幾種，更優(yōu)選為氮?dú)狻?/p>
在本發(fā)明中，所述保護(hù)氣體的流量?jī)?yōu)選為10～15L/min；更優(yōu)選為11～14L/min。
由于激光焊接具有快速加熱和快速冷卻的特點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)保護(hù)氣體中氧氣和/或二氧化碳的比例，使得脫氧產(chǎn)物Al2O3和SiO2等的顆粒尺寸將會(huì)非常細(xì)小，均在1μm以下，將不會(huì)對(duì)焊縫質(zhì)量產(chǎn)生影響。
本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：使用激光焊接設(shè)備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護(hù)氣體的條件下進(jìn)行拼焊；所述保護(hù)氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。本發(fā)明在拼焊過(guò)程中，采用氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體作為保護(hù)氣體，配合特定焊接工藝參數(shù)的選擇，使得鍍層中Al、Si與保護(hù)氣中的氧元素優(yōu)先形成尺寸在1μm以下的Al2O3和SiO2等，抑制Al與Fe元素形成金屬間化合物和影響奧氏體相變，最終獲得全板條馬氏體組織的焊縫區(qū)，焊縫的抗剪強(qiáng)度達(dá)到母材水平。該方法無(wú)需添加焊絲，也無(wú)需焊前去除鍍層，方法簡(jiǎn)單、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明優(yōu)選采用以下方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定：
GB/T 2651-2008焊接接頭拉伸試驗(yàn)方法。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進(jìn)行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內(nèi)部的組織為馬氏體；將焊接試驗(yàn)板平放在焊接試驗(yàn)臺(tái)上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對(duì)接處的組對(duì)間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護(hù)氣分別為85％N2+15％O2，氣體流量為10L/min.不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無(wú)明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫區(qū)的顯微組織為板條馬氏體。焊縫區(qū)的冷彎性能滿(mǎn)足要求。
按照本發(fā)明所述的測(cè)定方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果為：拼焊接頭的抗剪強(qiáng)度為1100MPa。
實(shí)施例2
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進(jìn)行表面油污清洗，厚度1.5mm，鋼板的內(nèi)部組織為板條馬氏體；將焊接試驗(yàn)板平放在焊接試驗(yàn)臺(tái)上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對(duì)接處的組對(duì)間隙為0.3～0.4mm；利用IPG 6kW光纖激光器對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行拼焊，光斑直徑為0.3mm，焊接速度為3.0米/分鐘，激光功率為4.0kW，保護(hù)氣為90％N2+10％CO2，氣體流量為13L/min，不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無(wú)明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫內(nèi)未出現(xiàn)明顯的軟化，焊縫內(nèi)的顯微組織為板條馬氏體，無(wú)高溫鐵素體出現(xiàn)。
按照本發(fā)明所述的測(cè)定方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果為：拼焊接頭的抗剪強(qiáng)度為1100MPa。
實(shí)施例3
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進(jìn)行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內(nèi)部的組織為馬氏體；將焊接試驗(yàn)板平放在焊接試驗(yàn)臺(tái)上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對(duì)接處的組對(duì)間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護(hù)氣為空氣，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無(wú)明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫區(qū)的顯微組織為板條馬氏體。焊縫區(qū)的冷彎性能滿(mǎn)足要求。
按照本發(fā)明所述的測(cè)定方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果為：拼焊接頭的抗剪強(qiáng)度為1100MPa。
實(shí)施例4
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進(jìn)行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內(nèi)部的組織為馬氏體；將焊接試驗(yàn)板平放在焊接試驗(yàn)臺(tái)上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對(duì)接處的組對(duì)間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護(hù)氣為85％N2+10％CO2+5％O2，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無(wú)明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫區(qū)的顯微組織為板條馬氏體。焊縫區(qū)的冷彎性能滿(mǎn)足要求。
按照本發(fā)明所述的測(cè)定方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果為：拼焊接頭的抗剪強(qiáng)度為1100MPa。
比較例1
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進(jìn)行表面油污清洗，厚度1.2mm，機(jī)械剝離去除表面的Al-Si鍍層，鋼板內(nèi)部的組織為馬氏體；將焊接試驗(yàn)板平放在焊接試驗(yàn)臺(tái)上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對(duì)接處的組對(duì)間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護(hù)氣為100％氮?dú)?，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
按照本發(fā)明所述的測(cè)定方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果為：拼焊接頭的抗剪強(qiáng)度為1050MPa。
比較例2
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進(jìn)行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內(nèi)部的組織為馬氏體；將焊接試驗(yàn)板平放在焊接試驗(yàn)臺(tái)上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對(duì)接處的組對(duì)間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對(duì)試驗(yàn)板進(jìn)行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護(hù)氣為100％氮?dú)?，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
按照本發(fā)明所述的測(cè)定方式對(duì)拼焊后的鋼材進(jìn)行性能測(cè)定，結(jié)果為：拼焊接頭的抗剪強(qiáng)度為820MPa。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。