一种减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法技术

本发明专利技术属于焊接及焊后热处理技术领域，特别涉及到一种减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，该高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.45wt.％、Mn:4.50～8.00wt.％、Si:0.01～2.50wt.％、Al：0～3.00wt.％、P:≤0.02wt.％、S:≤0.02wt.％、Nb:0～0.02wt.％、V:0～0.30wt.％、Ti:0～0.30wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；该方法包括如下步骤：焊接工艺如下：b.将上述高强塑积中锰钢对接后进行激光焊接，采用单面焊双面成型工艺，激光焊接功率为2～4kW，焊接速度为1.2m～4.8/min，采用深熔焊方式进行焊接；c.焊接过程中，对焊接钢材的背面进行冷却。本发明专利技术中采用汽车用高强塑积中锰钢钢板进行激光焊接试验，采用更高的激光功率和更高的焊接速度，合理的调整工艺参数，降低了热影响区的宽度，有效的降低了焊接接头热影响区软化的程度。

【技术实现步骤摘要】
一种减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法
本专利技术属于焊接及焊后热处理
，特别涉及到一种减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法。
技术介绍
近年来，汽车工业发展迅速，产生了环境污染和能源消耗等问题，汽车工业中采用先进高强塑积钢能够满足汽车轻量化的目的，起到节能减排作用。中锰钢作为最有潜力能在未来大量使用的高强塑积钢，其应用前景广泛。而焊接是高强塑积钢能否在汽车工业中大量应用的关键技术。目前汽车工业中采用的焊接方法主要是电阻点焊、激光焊、钨极氩弧焊等技术。相比较电阻点焊、钨极氩弧焊而言，激光焊接的优势之一在于，能够降低拼焊板的重量，大幅度提高焊接速度，利于标准化大生产。采用激光焊接，一方面在相同的热输入条件下能够获得较小的热影响区，还可以获得外形美观、质量较高的焊缝；另一方面采用激光焊接能够成型板幅较大的拼焊板。目前在激光焊接汽车钢板过程中接头容易出现热影响区和焊缝区组织差别大，性能差别较大，接头不同区域有硬化、软化的现象。目前的汽车钢板尤其是高强度的双相钢，在激光焊接过程中在接头处呈现出不同程度的软化现象，而在中锰钢激光焊接过过程中也有类似的情况的发生，针对这种情况，国内外研究主要集中在通过传统的热处理方法进行调整。但是，现有技术中，通过调整焊接工艺，得到高效、适用性较强的改善高强塑积中锰钢接头软化问题的技术方案，至今还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高未来具有应用潜力的高强塑积中锰钢激光焊接接头性能，提供了一种减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，该方法特别适合通过调整工艺来降低Mn含量为4.50～8.00wt.％的高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度，提高中锰钢接头性能。为了实现上述的目的，本专利技术提供了如下的技术方案：一种减小高强塑积中锰钢激光焊接接头软化程度的方法，a.该高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.45wt.％、Mn:4.50～8.00wt.％、Si:0.01～2.50wt.％、Al：0～3.00wt.％、P:≤0.02wt.％、S:≤0.02wt.％、Nb:0～0.02wt.％、V:0～0.30wt.％、Ti:0～0.30wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；该方法包括如下步骤：焊接工艺如下：b.将上述高强塑积中锰钢板材对接后进行激光焊接，采用单面焊双面成型工艺，激光焊接功率为2～4kW，焊接速度为1.2m～4.8m/min，采用深熔焊方式进行焊接；c.焊接过程中，对焊接钢材的背面进行冷却，冷却速度为500℃/s～45℃/s。所述步骤c中，≤3mm钢板，在钢板背面放置紫铜材质的板材进行冷却。所述步骤c中，3～8mm的钢板，钢板背面设置紫铜材质的冷却基座，在基座内部从冷却液入口通冷却水或液氮进行冷却。步骤b中，高强塑积中锰钢钢板的坡口加工选用I型坡口；对接间隙为0.1mm，焊接前，对钢板进行打磨、丙酮擦洗，去除油污等杂质，采用合适的夹具对钢板进行对接固定，然后采用光纤激光器进行焊接。步骤b中，焊接时，保护气类型为纯氩，采用正面和背面全保护的方式，正面保护气体流量为15L/min。该高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为：C:0.08～0.45wt.％、Mn:4.50～8.00wt.％、Si:0.01～2.50wt.％、Al：0～3.00wt.％、P:≤0.02wt.％、S:≤0.02wt.％、Nb:0～0.02wt.％、V:0～0.30wt.％、Ti:0～0.30wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。对于厚度为2～8mm的钢板，其热影响区宽度为0.4～5mm。减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，该方法用于高强塑积中锰钢作为汽车钢板。减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，该方法得到的焊接件具有以下力学性能：抗拉强度756～819MPa，屈服强度607～638MPa。本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对中锰钢，该钢母材组织是铁素体和奥氏体组织，中锰钢Mn含量比普通的低合金钢高，因此钢的淬透性较高。激光焊接热循环过程中加热和冷却速度较快，因此焊接相当于一次快速加热和冷却过程。焊接后焊缝区组织全部为马氏体；而热影响区组织较为复杂，由马氏体、铁素体和奥氏体组织组成。提高激光功率、焊接速度和冷却速度，对焊缝区组织影响较小。热影响区中的马氏体组织在较慢的冷却过程中会发生回火，形成回火马氏体造成硬度降低，形成软化，因此提高焊接速度有助于降低热影响区马氏体回火程度。同时，提高焊接功率对热影响区和焊缝区的宽度有显著影响，通过工艺改进，能够最大优化焊缝区和热影响区宽度，使得软化的区域变窄，降低软化趋势。焊接过程中，采用通水、通气或液氮的方式对焊接试板背面进行冷却，尽可能提高热影响区冷却速度，使得热影响区组织不含有或者含少量的回火马氏体组织。本专利技术通过对高强塑积中锰钢进行激光焊接，采用较高功率和较大焊接速度，有效的降低了焊接热影响区的宽度，进而降低了热影响区中回火马氏体组织含量，从而可以降低了软化程度，提高了高强塑积中锰钢激光焊接接头的力学性能。附图说明图1为本专利技术高强塑积中锰钢激光焊接示意图；图2为本专利技术实施例1中的No.2的高强塑积中锰钢激光焊接焊缝区组织形貌图，焊缝区为马氏体组织；图3为本专利技术实施例1中的No.2的高强塑积中锰钢激光焊接接头热影响区组织形貌图，热影响区为马氏体、铁素体、奥氏体混合组织；图4为本专利技术实施例1的工艺参数调整前后接头的硬度；图5为本专利技术实施例1的工艺参数调整前后热影响区的宽度。附图标记1激光束2钢板3保护气喷嘴4焊接方向5底部冷却介质进口6底部冷却介质出口7激光束8底部冷却盒具体实施方式下面结合具体实施例进行对本专利技术技术方案进行详细描述。实施例1采用光纤激光器对高强塑积中锰钢进行焊接，实施例中使用的高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为C:0.08～0.12wt.％、Mn:4.50～6.00wt.％、Si:0.01～2.50wt.％、Al：0～3.00wt.％、P:≤0.02wt.％、S:≤0.02wt.％、Nb:0～0.02wt.％、V:0～0.30wt.％、Ti:0～0.30wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。对钢板进行机加工，高强塑积中锰钢的加工尺寸为150mm×75mm×2mm，坡口形式为I型，采用IPG-YLS2000型的光纤激光器对高强塑积中锰钢进行焊接，焊接参数如表示：(1)激光焊接功率为1～2kW，焊接速度为1.2m～4.8/min，采用深熔焊方式进行焊接。保护气类型为纯氩，采用正面和背面全保护的方式，正面保护气体流量为15L/min，背面保护根据板厚不同采用的保护方式不同。(2)对2mm薄板焊接过程中，钢板背面采用紫铜材质的铜板作为冷却基座进行冷却。激光焊接完成后，对样品进行取样，并对其接头各组织和硬度进行测试，结果表明采用1000W激光功率进行焊接时，接头的热影响区出现了一定程度的软化，经过提高焊接功率和焊接速度，可以明显降低接头热影响区软化程度，并且能够有效的避免焊缝中气孔的产生。对其焊接试件进行组织观察和基本性能测试，如表所示：实施例2采用光纤激光器对所涉及的另一种高强塑积中锰钢进行焊接，实施例中使用的高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为C:0.15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减小高强塑积中锰钢激光焊接接头软化程度的方法，其特征在于：a.该高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.45wt.％、Mn:4.50～8.00wt.％、Si:0.01～2.50wt.％、Al：0～3.00wt.％、P:≤0.02wt.％、S:≤0.02wt.％、Nb:0～0.02wt.％、V:0～0.30wt.％、Ti:0～0.30wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；该方法包括如下步骤：焊接工艺如下：b.将上述高强塑积中锰钢板材对接后进行激光焊接，采用单面焊双面成型工艺，激光焊接功率为2～4kW，焊接速度为1.2m～4.8m/min，采用深熔焊方式进行焊接；c.焊接过程中，对焊接钢材的背面进行冷却，冷却速度为500℃/s～45℃/s。

【技术特征摘要】
1.一种减小高强塑积中锰钢激光焊接接头软化程度的方法，其特征在于：a.该高强塑积中锰钢的化学成分按重量百分比为：C:0.05～0.45wt.％、Mn:4.50～8.00wt.％、Si:0.01～2.50wt.％、Al：0～3.00wt.％、P:≤0.02wt.％、S:≤0.02wt.％、Nb:0～0.02wt.％、V:0～0.30wt.％、Ti:0～0.30wt.％，其余为Fe及不可避免的杂质元素；该方法包括如下步骤：焊接工艺如下：b.将上述高强塑积中锰钢板材对接后进行激光焊接，采用单面焊双面成型工艺，激光焊接功率为2～4kW，焊接速度为1.2m～4.8m/min，采用深熔焊方式进行焊接；c.焊接过程中，对焊接钢材的背面进行冷却，冷却速度为500℃/s～45℃/s。2.根据权利要求1所述的减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，其特征在于：所述步骤c中，≤3mm钢板，在钢板背面放置紫铜材质的板材进行冷却。3.根据权利要求1所述的减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，其特征在于：所述步骤c中，3～8mm的钢板，钢板背面设置紫铜材质的冷却基座，在基座内部从冷却液入口通冷却水或液氮进行冷却。4.根据权利要求1所述的减小高强塑积中锰钢的激光焊接接头软化程度的方法，其特征在于：步骤b中，高强塑积中锰钢钢板的坡口加工选用I型坡口；对接间隙为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭云，赵琳，曹洋，田志凌，马成勇，齐彦昌，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11