焊接方法和系统技术方案

一种焊接方法包括以下步骤：(a)至少部分地基于至少两个工件的化学组成和微观结构来确定所述至少两个工件的马氏体回火温度；(b)将足够的能量施加到工件以在目标位置熔化工件，从而形成熔池；(c)至少部分地基于马氏体回火温度和热影响区(HAZ)宽度经由控制模块来确定冷却剂的目标温度和冷却范围；和(d)使用冷却剂冷却第一工件和第二工件，使得工件在热影响区处的温度经控制低于马氏体回火温度，以便最小化热影响区的软化。本发明专利技术还涉及一种用于最小化HAZ软化的焊接系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种焊接方法和系统。
技术介绍
焊接是通过引起聚结来接合材料(通常是金属)的过程。这通常通过熔化工件以形成熔料池(熔池)进行，该熔料池经冷却成为牢固的接头，压力有时与热量配合使用或独立使用来产生焊接。作为非限制性示例，激光束可以应用在两个金属工件之间，在工件内产生热量。工件完全或部分地由基材(诸如钢)制成。熔池形成，其中的温度高于受热基材的熔点。有时，添加填充材料以改变焊接点的组成。接着，熔池冷却并成为焊缝。
技术实现思路
许多不同能量源可用于焊接，包括激光、电弧、电子束等。在焊接期间，通过使用合适的能量源将能量施加到至少两个工件之间以在两个工件之间的过盈处产生热量。作为非限制性示例，在激光焊接期间，激光焊接头将能量引导至两个工件之间的过盈处的目标位置。结果，在目标位置处的工件的基材(有时与填充材料一起)熔化从而形成熔池。未熔化的熔池周围的基材区域也受到利用焊接头施加的能量所产生的热量的影响并因此称为热影响区(HAZ)。HAZ中的热量可以改变基材的微观结构，从而改变HAZ处的基材的机械性能。因而HAZ指的是未熔化的基材区域，而且其微观结构和性能通过焊接发生了改变。在大多数情况下，HAZ上的焊接影响可能是不利的，这取决于基材和焊接过程的热量输入。例如，高强度钢的HAZ通常在焊接后软化。结果，基材的HAZ处的硬度相对于基材的硬度降低。软化的程度和幅度主要取决于基材以及通过焊接热过程输入
的热量的量和浓度。因此，为了使得HAZ软化最小化，控制HAZ的热过程是有用的。已经开发出一种利用外部冷却单元以与正常的焊接条件相比较的加快的HAZ中的冷却速度来使得HAZ软化最小化的焊接方法。正常的焊接条件指的是焊接点自然冷却到室温。在一个实施例中，焊接方法包括以下步骤：(a)至少部分基于第一工件和第二工件的基材(例如金属)的化学组成和微观结构经由控制模块确定马氏体回火温度、马氏体回火的温度(即马氏体回火温度)，其为HAZ的一个主要原因；(b)将足够的能量施加到工件以在目标位置熔化工件，从而形成熔池；(c)至少部分地基于马氏体回火温度和HAZ宽度经由控制模块确定冷却剂的目标温度与冷却范围；和(d)冷却工件，使得在多个HAZ处的工件的温度不会达到马氏体回火温度以便最小化多个HAZ处的软化。每个HAZ是受热的熔池周围的工件区域，该热量源于在目标位置处施加到工件的能量。术语“马氏体回火温度”指的是这样一种温度，即在该温度下回火马氏体形成在基材中。本公开还涉及一种用于最小化HAZ软化的焊接系统。在一个实施例中，焊接系统包括配置成供应能量的能量源和联接到能量源的焊接头。焊接头配置成将足够的能量引导到至少两个工件以熔化目标位置处的工件从而形成熔池。焊接系统进一步包括经编程以执行以下指令的控制模块：(a)至少部分地基于基材的化学组成和微观结构来确定工件的马氏体回火温度；和(b)至少部分地基于马氏体回火温度和HAZ宽度来确定冷却剂的目标温度与冷却范围。焊接系统进一步包括冷却系统，冷却系统配置成承载具有合适的冷却程度和幅度的冷却剂以冷却工件，使得在多个HAZ处的工件的温度达不到马氏体回火温度，以便最小化在多个HAZ处的软化，使得在工件的多个HAZ处的马氏体回火温度和其保持时间通过外部加强冷却以增强的冷却速度得到降低和缩短。从以下结合附图对实施本专利技术的最佳方式进行的详细描述中能够很容易了解到本专利技术的上述特征和优点以及其它特征和优点。附图说明图1是根据本公开的实施例的焊接系统的示意图；图2A是由对接接头接合的两个工件的示意性顶视图；图2B是由对接接头接合的两个工件的示意性侧视图；图2C是由搭接接头接合的两个工件的示意性顶视图；图2D是由搭接接头接合的两个工件的示意性侧视图；图2E是由搭接接头接合的三个工件的示意性侧视图；图3是示出根据本公开的实施例的焊接方法的流程图；和图4是示出使用图3的焊接方法的焊缝的硬度测试结果的曲线图；图5是类似于图4曲线图的曲线图，但其示出的是6061铝合金的硬度测试结果；图6是根据本公开的另一实施例的焊接系统的示意图，其中，所述焊接系统包括导管；图7是图6中所示的焊接系统的导管的示意图；图8是根据本公开的另一实施例的焊接系统的示意图；和图9是根据本公开的另一实施例的焊接系统的示意图。具体实施方式现在参照附图，其中在所有附图中类似标记指示对应的零件，图1示意性地示出了根据本公开的实施例的焊接系统100。焊接系统100可以用于焊接相同或不同的材料制成的至少两个工件10、12。工件10、12可以是，例如金属片。在本公开中，工件10可称为第一工件，且工件12可称为第二工件12。第一工件10和第二工件12的基材可以包括至少一种合金。作为非限制性示例，基材可以是铁基合金(例如，钢)、铝合金或镁。例如，基材可以是先进高强度钢(AHSS)。AHSS是具有除了足以产生独特的机械性能(诸如高应变硬化能力和超高屈服和拉伸强度)的数量的铁素体-珠光体(例如，马氏体、贝氏体、奥氏体和/或残余奥氏体)之外的微
观结构的钢。AHSS包括，但不限于双相(DP)、相变诱发塑性(TRIP)、复相(CP)和马氏体钢(MS)以及压硬化钢(PHS)。DP钢包括含有岛状物形式的硬马氏体第二相的铁素体基体。CP钢包括铁素体/贝氏体基体内的相对少量的马氏体、残余奥氏体和珠光体。MS钢具有含有少量的铁素体和/或贝氏体的马氏体基体。TRIP钢的微观结构是嵌在铁素体主基体中的残余奥氏体。AHSS是根据其冶金类型(例如，DP、TRIP、CP等)以及它们兆帕强度(MPa)而命名和销售的。例如，DP980指的是一种具有980兆帕最小屈服强度的双相钢类型。AHSS可在车辆中使用，诸如汽车和卡车。继续参考图1，焊接系统100包括控制模块102。术语“控制模块”、“模块”、“控制”、“控制器”、“控制单元”、“处理器”和类似的术语指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选地为微处理器)以及相关联的存储器和储存器(只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等等)、组合逻辑电路、时序逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路和其它提供所述功能的部件中的一个或多个的任一个或各种组合。“软件”、“固件”、“程序”、“指令”、“例程”、“代码”、“算法”和类似术语指的是任何控制器可执行指令集。作为非限制性示例，控制模块102可包括至少一个处理器和相关联的存储器。无论其具体的结构如何，控制模块102可基于存储在内部或外部存储器中的指令来控制焊接系统100的整体操作。焊接系统100进一步包括焊接头104以及用于控制焊接头104相对于第一工件10和第二工件12的移动和操作的机器人控制单元106。机器人控制单元106可以是能够控制焊接头104的移动和位置的计算机数字控制(CNC)单元。为此，机器人控制单元106机械地联接到焊接头104并与控制模块102进行电子通信。因此，机器人控制单元106可以接收来自控制模块102的输入(即，指令)，然后可以相对于第一工件10和第二工件12停止或移动焊接头104。除了机器人控制单元106，焊接系统100还包括配置成供应能量E(例...

【技术保护点】
一种焊接方法，其包括：至少部分地基于至少两个工件的化学组成和微观结构经由控制模块确定所述至少两个工件的马氏体回火温度；将足够的能量施加至所述至少两个工件以在目标位置熔化所述至少两个工件，从而形成熔池，所述目标位置位于所述至少两件工件之间的过盈处；至少部分地基于所述马氏体回火温度经由控制模块来确定冷却剂的目标温度；和用所述冷却剂冷却所述至少两个工件，使得所述至少两个工件在热影响区的温度经控制低于所述马氏体回火温度，以便最小化所述热影响区的软化，其中每个热影响区是受热的所述熔池周围的所述至少两个工件的区域，所述热量源于在所述目标位置处施加到所述至少两个工件的所述能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种焊接方法，其包括：至少部分地基于至少两个工件的化学组成和微观结构经由控制模块确定所述至少两个工件的马氏体回火温度；将足够的能量施加至所述至少两个工件以在目标位置熔化所述至少两个工件，从而形成熔池，所述目标位置位于所述至少两件工件之间的过盈处；至少部分地基于所述马氏体回火温度经由控制模块来确定冷却剂的目标温度；和用所述冷却剂冷却所述至少两个工件，使得所述至少两个工件在热影响区的温度经控制低于所述马氏体回火温度，以便最小化所述热影响区的软化，其中每个热影响区是受热的所述熔池周围的所述至少两个工件的区域，所述热量源于在所述目标位置处施加到所述至少两个工件的所述能量。2.如权利要求1所述的焊接方法，其中冷却所述至少两个工件并将足够的能量施加至所述至少两个工件是同时进行的。3.如权利要求1所述的焊接方法，其中冷却所述至少两个工件是在将足够的能量施加至所述至少两个工件之后进行。4.如权利要求1所述的焊接方法，其中冷却所述至少两个工件是在将足够的能量施加至所述至少两个工件之前进行。5.如权利要求1所述的焊接方法，其中使用包括配置成输送所述冷却剂的通路的冷却系统来进行所述冷却。6.如权利要求1所述的焊接方法，其进一步包括至少部分地基于所述马氏体回火温度确定流经所述通路的所述冷却剂的流速。7.如权利要求6所述的焊接方法，其进一步包括至少部分地基于所述至少两个工件中的所述热影响区的位置来确定冷却位置，其中，所述冷
\t却位置是在需要冷却以最小化所述热影响区中的软化的所述至少两个工件中的区域。8.如权利要求7所述的焊接方法，其中冷却所述至少两个工件包括主要冷却所述至少两个工件的所述热影响区。9.如权利要求8所述的焊接方法，其进一步包括确定所述至少两个工件的温度以确认所述至少两个工件中的所述热影响区的位置。10.如权利要求1所述的焊接方法，其中所述至少两个工件中的至少一个由铝合金制成。11.如权利要求1所述的焊接方法，其中施加足...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·杨，J·张，L·孙，B·E·卡尔森，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US