一种具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法技术

本发明专利技术公开了一种具有Al‑Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，属于带有镀层的高强度钢板拼焊技术领域，包括：S1，取两块具有Al‑Si镀层的热成形钢板，采用线切割或激光切割方法将对接面加工平整，再对其表面和所述对接面进行去污处理，然后冷却风干；S2，将所述热成形钢板对接放置于工作台上并用焊接夹具固定，保持两块所述热成形钢板之间零间隙；S3，选择脉冲激光器，设定所述脉冲激光器脉冲加工参数；S4，进行所述热成形钢板的拼焊。本发明专利技术无需在焊前去除Al‑Si镀层，只需要调节适当的激光脉冲参数，即可打破Al元素在焊缝中的偏析，消除焊缝中高温铁素体的形成，提高焊缝的力学性能，同时也大大提高了生产效率，从而降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法
本专利技术属于带有镀层的高强度钢板拼焊
，涉及热成形钢板的激光焊接方法，特别是涉及一种具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法。
技术介绍
为实现可持续发展及环境友好的工业制造，汽车制造行业正努力设计一种超轻而高强的车身结构，以此降低碳排放，实现汽车轻量化。由于超高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面具有明显的优势，能够满足减轻汽车重量和提高碰撞安全性能的双重需要，故在国内外的汽车制造上大量应用高强度钢，其中主要应用在车身外面板、车身内面板、保险杠的外面板和加强板、各种抗冲击结构件等。热成形钢板作为一种典型的超高强度汽车用钢，具有极高的强度及延展性。热成形钢板加热前抗拉强度为500～800MPa，延伸率为18～22％；加热成形后则提高至1300～1600MPa，延伸率达6～7％。因此，热成形钢板被广泛应用于车身前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重要部位。为防止在900～950℃热成形过程中钢板被氧化，通常将热成形钢板镀以25-30μm的Al-Si镀层，达到防腐蚀、防氧化的效果。然而，由于Al-Si镀层的存在，在热成形钢板的焊接过程中Al-Si镀层熔化后进入焊缝，造成焊缝中Al元素的偏析而形成第二相即δ铁素体，从而严重降低焊接接头的力学性能。为提高具有Al-Si镀层的热成形钢板焊缝质量，在实际生产过程中，通常采用机械去除或激光烧蚀等方法去除表面的Al-Si镀层，但这些方法工序繁多，费时费力，大大降低了生产效率。从材料学的基本原理出发，焊缝质量很大程度上与Al元素在焊缝及熔合线的偏析有关。为了提高焊接接头的强度，可从降低Al元素的偏析方向寻找解决方案。针对以上，有必要设计一种无需在焊前去除镀层，可直接对具有Al-Si镀层的热成形钢板进行拼焊，同时又能提高焊缝力学性能，使其热成形后的力学性能达到与母材强度水平相当的激光拼焊方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术针对上述现有技术上的不足，提供一种具有Al-Si镀层热成形钢板的激光拼焊方法，在焊前不需要去除Al-Si镀层，通过一种脉冲激光焊的工艺手段，降低Al元素在焊缝中的偏析，从而提高焊缝接头的强度和韧性，使其达到母材水平。为实现上述目的，本专利技术公开了一种具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，包括如下制备步骤：S1，取两块具有Al-Si镀层的热成形钢板，采用线切割或激光切割方法将对接面加工平整，再对其表面和所述对接面进行去污处理，然后冷却风干；S2，将所述热成形钢板对接放置于工作台上并用焊接夹具固定，保持两块所述热成形钢板之间零间隙；S3，选择脉冲激光器，设定所述脉冲激光器脉冲加工参数；S4，进行所述热成形钢板的拼焊。进一步地，所述具有Al-Si镀层的热成形钢板的厚度为1.0～2.5mm。进一步地，所述具有Al-Si镀层的热成形钢板的Al-Si镀层的厚度小于钢板厚度的20％。进一步地，所述去污处理使用的是无水乙醇或丙酮。进一步地，所述脉冲激光器为脉冲可调节激光器，可选用光纤激光器、半导体激光器、CO2激光器中的一种。进一步地，所述脉冲激光器的激光光斑直径0.3～0.8mm，离焦量为-2～2mm。进一步地，所述脉冲激光器的所述脉冲加工参数为：激光脉冲频率为40～60Hz，激光脉冲占空比为40～60％，激光脉冲波形为方波，激光脉冲波峰功率P1为1000～6000W，激光脉冲波谷功率P2为500～3000W，P1/P2为1.5～3.0，对应的焊接速度为3～6m/min。进一步地，所述脉冲激光器处于氩气氛围中对两块所述热成形钢板的对接处进行焊接，所述氩气的通入流量为15～25L/min。进一步地，所述S4中，采用焊接机器人控制所述脉冲激光器移动，焊接速度由所述焊接机器人控制。本专利技术还公开了一种按照权利要求1-9任一所述的具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法制得的具有Al-Si镀层热成形钢板的焊缝接头，所述焊缝接头是经过930℃热处理保温5min后，快速淬火制得，所述焊接接头的焊缝显微组织结构为全板条马氏体，无δ铁素体形成。本专利技术的有益效果是，与现有技术相比，本专利技术提供了一种具有Al-Si镀层热成形钢板的激光脉冲拼焊方法，利用脉冲激光对熔池的搅拌作用，既保证了焊缝的连续性、完整性，又抑制了Al元素在焊缝内的偏析。当激光脉冲频率为40～60Hz，激光脉冲波谷功率与波峰功率的比值P1/P2为1.5～3时(尤其当比值为2左右)，其对熔池的搅拌作用最为适当，可使焊缝形成全马氏体组织，从而提高焊缝的力学性能本专利技术设计了一种特殊的脉冲激光工艺，无需在焊前去除Al-Si镀层，只需要调节适当的激光脉冲参数，即可打破Al元素在焊缝中的偏析，消除焊缝中高温铁素体的形成，提高焊缝的力学性能，同时也大大提高了生产效率，从而降低生产成本。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。提供这些说明的目的仅在于帮助解释本专利技术，不应当用来限制本专利技术的权利要求的范围。附图说明图1为本专利技术较佳实施例具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法的流程图；图2为本专利技术提供的脉冲激光焊接脉冲波形示意图；图3为采用连续激光拼焊所得的焊缝金相图；图4为采用本专利技术脉冲激光焊接方法所得的焊缝金相图；图5为采用本专利技术脉冲激光焊接方法所得的焊接接头热成形之后的拉伸性能与采用连续激光拼焊的对比图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例进一步详细描述本专利技术。应理解，实施方式只是为了举例说明本专利技术，而非以任何形式限制专利技术的范围。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。实施例1：在本实施案例中，试验材料为1.4mm厚的具有Al-Si镀层热成形钢板，该材料在热成形前的组织为珠光体和铁素体，热成形后组织为板条马氏体。脉冲激光焊接采取在热成形之前。步骤1：取两块1.4mm厚的具有Al-Si镀层的热成形钢板，首先采用线切割将对接面加工平整，随后使用丙酮对两块热成形钢板的表面和对接面进行油污清洗，然后冷却风干。步骤2：将步骤1中经过净化处理的两块热成形钢板对接放置于工作台上并用焊接夹具固定，两块热成形钢板间保持零间隙。步骤3：选择使用脉冲光纤激光器，并设定激光器脉冲加工参数。脉冲激光的参数设定为：脉冲频率为50Hz，脉冲占空比为50％，脉冲波形为方波，激光脉冲波峰功率P1为3000W，激光脉冲波谷功率P2为1500W，P1/P2为2，激光光斑直径0.7mm，离焦量为0mm，焊接速度v为3m/min。步骤4：按照步骤3中预设的焊接工艺参数，以焊接速度v完成热成形钢板的拼焊。激光器处于氩气氛围中对两块热成形钢板的对接处进行焊接，所述氩气的通入流量为20L/min。...

【技术保护点】
1.一种具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，其特征在于，包括如下制备步骤：/nS1，取两块具有Al-Si镀层的热成形钢板，采用线切割或激光切割方法将对接面加工平整，再对其表面和所述对接面进行去污处理，然后冷却风干；/nS2，将所述热成形钢板对接放置于工作台上并用焊接夹具固定，保持两块所述热成形钢板之间零间隙；/nS3，选择脉冲激光器，设定所述脉冲激光器脉冲加工参数；/nS4，进行所述热成形钢板的拼焊。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
S1，取两块具有Al-Si镀层的热成形钢板，采用线切割或激光切割方法将对接面加工平整，再对其表面和所述对接面进行去污处理，然后冷却风干；
S2，将所述热成形钢板对接放置于工作台上并用焊接夹具固定，保持两块所述热成形钢板之间零间隙；
S3，选择脉冲激光器，设定所述脉冲激光器脉冲加工参数；
S4，进行所述热成形钢板的拼焊。


2.如权利要求1所述的具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，其特征在于，所述具有Al-Si镀层的热成形钢板的厚度为1.0～2.5mm。


3.如权利要求1所述的具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，其特征在于，所述具有Al-Si镀层的热成形钢板的Al-Si镀层的厚度小于钢板厚度的20％。


4.如权利要求1所述的具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，其特征在于，所述去污处理使用的是无水乙醇或丙酮。


5.如权利要求1所述的具有Al-Si镀层热成形钢板的脉冲激光拼焊方法，其特征在于，所述脉冲激光器为脉冲可调节激光器，可选用光纤激光器、半导体激光器、CO2激光器中的一种。


6.如权利要求1、5所述的具有Al-S...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海超，孙静，田可嘉，芦凤桂，唐新华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31