使用带芯焊丝对氮化钢部件进行气体金属电弧焊接(GMAW)的方法技术

提供了一种用于将由氮化钢形成的第一部件气体金属电弧焊接至第二部件的方法，该方法使得焊缝中的孔隙度减小。使用包括被管包围的芯的焊丝来焊接部件。芯的材料由包含0.7重量％至3.0重量％的铝和0.7重量％至1.5重量％的钛的软钢形成。管的材料完全由低碳钢形成。在焊接处理期间，来自氮化钢的氮与焊丝的铝和钛结合而形成氮化铝和氮化钛，而不形成会导致较高孔隙度的氮气泡。该方法可以用来焊接汽车应用中所使用的部件，例如用来焊接柔性盘的齿圈部和壳部，但也可以替代性地用于其他汽车应用，或者用于非汽车应用。

Method of gas metal arc welding (GMAW) for nitriding steel parts using cored wire

A method for welding the first component gas metal arc formed by nitriding steel to second parts is provided, which reduces the porosity in the weld. Use the welding wire including the core surrounded by the tube to weld the components. The core material is formed from mild steel containing 0.7 wt% to 3 wt.% aluminum and 0.7 wt% to 1.5 wt.% titanium. The material of the tube is completely formed from low carbon steel. During the welding process, the nitrogen from the nitriding steel combines with the aluminum and titanium of the wire to form aluminum nitride and titanium nitride, without forming a higher porosity of the nitrogen bubble. This method can be used to weld parts used in automotive applications, such as the gear and shell parts used to weld the flexible disk, but it can also be used as a substitute for other automotive applications or for non automotive applications.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用带芯焊丝对氮化钢部件进行气体金属电弧焊接(GMAW)的方法相关申请的交叉引用本美国部分继续申请要求于2013年6月11日提交的美国专利申请No.13/993,244的权益，该美国专利申请No.13/993,244是于2011年12月19日提交的PCT/CA11/01390的进入国家阶段申请，该PCT/CA11/01390要求于2010年12月17日提交的美国临时专利申请No.61/424,327的优先权，这些申请分别通过参引全部并入本文中。本美国部分继续申请还要求于2015年2月13日提交的美国临时专利申请No.62/115,859的权益，该美国临时专利申请No.62/115,859通过参引全部并入本文中。
本专利技术总体上涉及用于对经表面处理的金属部件进行焊接、比方说例如对氮化钢部件进行气体金属电弧焊接(GMAW)的方法以及由经表面处理的金属部件形成的焊接结构。
技术介绍
汽车应用中所使用的钢质部件通常通过焊接技术接合。激光束焊接是一种提供许多优点比方说例如低热输入、短周期和良好盖面焊的接合技术。该处理经常用于大批量应用中，比方说例如用于将汽车工业中的动力系统部件焊接在一起。以此方式，可以以相对较低的生产成本来制造包含多个等级或多种类型的材料的部件。气体金属电弧焊接是用来焊接金属部件、例如汽车应用中所使用的钢质部件的另一种方法。该焊接技术包括在自耗丝状电极与两个金属部件之间的接合部之间形成电弧以将来自该丝状电极的材料转移至接合部。经加热的丝状材料可以通过各种不同的方法、例如粗滴过渡、短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行转移。从丝状电极转移至接合部的材料使这两个部件的沿着接合部的部分熔融并形成焊缝。该焊缝包含来自这两个部件的材料和来自自耗丝状电极的材料的混合物。GMAW技术是相对较快的并且可以是自动的。因此，GMAW技术对于焊接汽车工业中的部件而言通常是优选技术。通常还期望焊接由氮化钢形成的部件。氮化是将氮扩散到钢质部件的表面中的一种热处理。钢的氮化由于其允许使用重量减轻的较薄部件而变得越来越普遍。氮化也由于其增大了部件的拉伸强度、屈服强度和硬度而被期望进行。氮化处理可以包括气体氮化、盐浴氮化或等离子氮化。然而，当对氮化钢部件使用GMAW时，所产生的焊缝具有由来自氮化钢的氮气泡引起的不期望的较高孔隙度。这种较高孔隙度会影响焊缝的质量和性能并且因此应当被避免。用来避免较高孔隙度的一种技术是在GMAW处理之前将位于焊接区域中的氮化层从钢质部件的表面去除并且接着掩蔽氮化钢部件的周围区域。因此，焊缝由部件的不包括氮化层的部分形成，并且因此避免了会导致焊接中的不期望的孔隙度的氮气泡。然而，去除氮化层并掩蔽周围区域所需的成本和时间并不理想。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种用于对氮化钢部件进行激光束焊接的方法。该方法包括将两个钢质部件相对地布置成形成待被焊接的接合部，其中，这两个钢质部件中的至少一个钢质部件为氮化钢部件。该方法接着包括沿着接合部形成焊缝以便将这两个钢质部件接合在一起。该形成步骤包括：使激光束照射位置沿焊接方向沿着接合部行进、激光束在照射位置处照射这两个钢质部件并在接合部内形成包含来自这两个钢质部件的被加热至焊接温度的熔融钢的焊池；以及使填充丝沿焊接方向沿着接合部行进，填充丝具有芯，该芯包含含钛的金属组合物，填充丝在焊接方向上位于激光束照射位置之前并与激光束间隔开下述距离：该距离小到足以使得填充丝的梢端部分沿着焊接方向在激光束的前方被直接引入焊池中。来自填充丝的梢端部分的熔融材料混合到焊池中，并且存在于该熔融材料中的钛与来自氮化钢部件的氮结合并在焊接温度下于焊池内形成氮化钛。本专利技术的另一个方面提供了一种用于对氮化钢部件进行激光束焊接的方法，该方法包括：将两个钢质部件相对地布置成形成待被焊接的接合部，这两个钢质部件中的至少一个钢质部件为氮化钢部件；使用激光束沿着接合部照射这两个钢质部件，以便将这两个钢质部件中的每个钢质部件内的材料加热至焊接温度并由此在接合部中形成焊池；以及将钛引入焊池的前边缘部中，焊池的前边缘部在焊接方向上位于激光束的前方。被引入的钛与从氮化钢部件释放到焊池中的氮结合而在焊接温度下于焊池内形成氮化钛。本专利技术的另一个方面提供了一种用于对经表面处理的钢质部件进行激光束焊接的方法，该方法包括：将两个钢质部件相对地布置成形成待被焊接的接合部，这两个钢质部件中的至少一个钢质部件为经表面处理的钢质部件；以及沿着接合部形成焊缝以便将这两个钢质部件接合在一起。该形成步骤包括：使激光束照射位置沿焊接方向沿着接合部行进、激光束在照射位置处照射这两个钢质部件并在接合部内形成包含来自这两个钢质部件的被加热至焊接温度的熔融钢的焊池；以及使填充丝沿焊接方向沿着接合部行进。填充丝具有芯，该芯包含含下述组分的金属组合物：所述组分被选择成与从经表面处理的钢质部件释放到焊池中的物质形成化合物，并且填充丝在焊接方向上位于激光束照射位置之前并与激光束间隔开下述距离：该距离小到足以使得填充丝的梢端部分在焊池的形成期间被加热成超过其熔融温度。来自填充丝的梢端部分的熔融材料混合到焊池中，并且存在于该熔融材料中的组分与从经表面处理的钢质部件释放的物质结合而在焊接温度下于焊池内形成化合物。本专利技术的又一个方面提供了一种用于对经表面处理的钢质部件进行激光束焊接的方法，该方法包括：将两个钢质部件相对地布置成形成待被焊接的接合部，这两个钢质部件中的至少一个钢质部件为经表面处理的钢质部件；使用激光束沿着接合部照射这两个钢质部件，以便将这两个钢质部件中的每个钢质部件内的材料加热至焊接温度并由此形成焊池；以及将金属组分引入焊池的前边缘部中，焊池的前边缘部在焊接方向上位于激光束的前方。被引入的金属组分与从经表面处理的钢质部件释放到焊池中的物质结合而在焊接温度下于焊池内形成稳定的化合物。本专利技术还提供了一种用于将由氮化钢形成的部件气体金属电弧焊接(GMAW)至另一部件的方法，该方法无需去除氮化层或进行掩蔽，并且因此使得成本降低且效率提高。该方法包括将由氮化钢形成的第一部件沿着第二部件设置以在第一部件与第二部件提供接合部；以及在焊丝与接合部之间形成电弧。在焊丝与接合部之间形成电弧的步骤包括使焊丝的材料转移至接合部并使每个部件的至少一部分与焊丝的材料熔融以形成焊缝。焊丝的材料为铁基材料并且包含铝和/或钛。优选地，焊丝包括由具有铝和/或钛的铁基材料形成的芯，并且该芯被由铁基材料形成的管包围。存在于熔融的氮化钢中的氮在焊池中与熔融焊丝的铝和/或钛结合并因此形成氮化铝(AlN)和/或氮化钛(TiN)，而不形成会导致不期望的较高孔隙度的氮气泡。本专利技术的另一个方面提供了一种通过气体金属电弧焊接形成的焊接结构，其中，焊丝包含铝和钛。该焊接结构包括由氮化钢形成的第一部件和焊接至第一部件的第二部件。在这两个部件之间形成的焊缝包含氮化铝和氮化钛而不具有现有结构中存在的不期望的较高孔隙度。附图说明通过参照结合附图考虑时的以下详细描述，本专利技术的其他优点将易于领会，同时变得更好理解，在附图中：图1为适于实施根据本专利技术的实施方式的方法的激光焊接系统的简化立体图；图2为示出了根据本专利技术的实施方式的激光焊接方法的示意性立体图；图3为图示了氮化钢部件之间的使用现有技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于焊接部件的方法，包括下述步骤：将由氮化钢形成的第一部件沿着第二部件设置以在所述第一部件与所述第二部件之间提供接合部；在焊丝与所述接合部之间形成电弧；在所述焊丝与所述接合部之间形成所述电弧的步骤包括使所述焊丝的材料转移至所述接合部并使每个部件的至少一部分与所述焊丝的材料熔融以沿着所述接合部形成焊缝，其中，所述焊丝的材料为铁基材料并且包含铝和/或钛。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.07 US 14/961,2261.一种用于焊接部件的方法，包括下述步骤：将由氮化钢形成的第一部件沿着第二部件设置以在所述第一部件与所述第二部件之间提供接合部；在焊丝与所述接合部之间形成电弧；在所述焊丝与所述接合部之间形成所述电弧的步骤包括使所述焊丝的材料转移至所述接合部并使每个部件的至少一部分与所述焊丝的材料熔融以沿着所述接合部形成焊缝，其中，所述焊丝的材料为铁基材料并且包含铝和/或钛。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊丝的铁基材料的至少一部分包含基于所述铁基材料的总重量的0.7重量百分比(重量％)至3.0重量％的铝和0.7重量％至1.5重量％的钛。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊丝包括被管包围的芯，所述芯的材料包含具有0.7重量％至3.0重量％的铝和/或0.7重量％至1.5重量％的钛的铁基材料，并且所述管的材料由另一种铁基材料形成。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述芯的铁基材料包含量为基于该铁基材料的总重量的0.1重量％至0.3重量％的碳。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述管的铁基材料包含量为基于该铁基材料的总重量的0.1重量％至0.3重量％的碳，并且所述管的铁基材料不包含钛或铝。6.根据权利要求1所述的方法，其中，沿着所述接合部形成的所述焊缝包含氮化铝和/或氮化钛。7.根据权利要求6所述的方法，其中，沿着所述接合部形成的所述焊缝包含量为基于所述焊缝的材料的总重量的0.3重量％至2.9重量％的氮化铝和量为基于所述焊缝的材料的总重量的0.3重量％至2.9重量％的氮化钛。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二部件由钢形成。9.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹国宾，特罗伊·K·霍根，
申请(专利权)人：麦格纳动力系有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA