用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，包括：将两块钢板固定于夹具上；在保护气氛下，采用激光振镜照射所述两块钢板的对接处，使得对接处熔化并凝固，形成高质量的焊缝；以及对焊接后的钢板进行热冲压，获得所述具有铝硅镀层的钢制零部件。其中，所述两块钢板中至少包括一铝硅镀层钢板，所述保护气氛中含有5～100vol％的氧化性气体，激光焊缝和热冲压之后的焊缝的显微组织是板条马氏体。本发明专利技术的用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，解决了现有铝硅镀层热成形钢焊接接头强韧性差的问题，并且可获得现有方法同等质量的钢制零部件，该零部件可以用于汽车白车身及使用镀铝钢板作为原料的各种结构件等的制造。

【技术实现步骤摘要】
用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法
本专利技术涉及汽车零部件件制造
，具体涉及一种具有铝硅镀层的钢制零部件，尤其是汽车安全结构件的制造方法。
技术介绍
当前，汽车产业发展迅速，如何降低车辆燃油消耗是所有汽车企业及消费者都非常关注的问题。而降低能耗的一个有效途径就是降低车身质量，一方面节能，另一方面能够提升汽车的能动性，运载能力，所以各个整车厂都高度重视汽车的轻量化工作。实现汽车的轻量化，有效的方法之一是采用高强钢。热成形钢(Press-hardensteel，PHS)是目前汽车白车身用强度最高的钢材之一，其抗拉强度可达1500MPa以上。因热成形钢具有超高强度，能够在汽车碰撞过程中很好的保持车体内部结构从而避免乘客受到严重伤害，有效提高了汽车的安全性能。因此，该类型钢已被广泛用于汽车防撞梁、前后保险杠、A柱、B柱和中间通道等重要结构件制造中，在车身的应用比例不断提高。为获得具有1500MPa级以上的热成形钢零部件，需要将钢板或激光拼焊板在预先加热至900～950℃之间将显微组织完全奥氏体化，保温5～10min后进行热冲压，并在模具中直接淬火获得具有马氏体组织的零部件。为避免在高温加热及热冲压过程中出现板材表面氧化和脱碳等问题，热成形钢表面往往需要施加如铝硅镀层、镀锌镀层和锌镍镀层等的保护层。与其他镀层相比，铝硅镀层具有加热时无氧化皮脱落、冲压后无需喷砂、无需N2保护、成形精度高等优点，更为广泛应用于热冲压成形过程中，其中最典型铝硅镀层产品是阿赛洛米塔尔公司所开发的AlSi10镀层，镀层厚度约为5～50μm。由于热成形钢板的热成形工艺的温度达到900～950℃，为了满足热成形工艺的需求，Al-Si镀层取代镀锌层成为热成形钢板常用的防腐、防氧化镀层。但是，在激光焊接过程中，热成形钢板上的Al-Si镀层熔化后会进入焊缝，Al元素与Fe元素形成脆性的Al-Fe金属间化合物，同时也会影响焊缝相变规律导致铁素体的形成，显著降低了焊缝接头的力学性能。为了解决这一问题，国内外提出了大量的解决方案；主要可归纳总结为以下三个方面：第一，去除铝硅镀层；第二，激光填丝焊接；第三，优化焊接工艺。对于去除铝硅镀层方面，现有的主要技术路线包括机械剥除、激光烧蚀和化学法去除。相对比而言，激光烧蚀是最为有效的技术，也是目前铝硅镀层激光拼焊板工业化生产的唯一技术。尽管采用激光烧蚀、电子束烧蚀可实现包含铝硅镀层钢的激光拼焊板的激光焊接，但是激光烧蚀工序无疑增加了设备投入、降低了生产效率、提高了生产成本。对于激光填丝焊接而言，通过添加包含奥氏体形成元素(C、Mn、Ni、N)的焊丝，进而抑制焊缝中delta铁素体的形成。尽管避免了焊接前的激光烧蚀，但是激光焊接填丝却无疑增加了焊丝的投入、并且改变了激光焊缝处的合金化成分，可能会对后续的热冲压成形过程带来新的问题。对于优化激光焊接工艺方面，主要是通过调整激光焊接功率、改变焊缝形状或者采用激光摆动焊接等方法，尽管能小幅度提高激光焊缝强度，但是并不能从根本上解决这一问题。公开号为CN106392328B的中国专利(公开日为2017年2月15日)公开了一种使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊的方法，其中保护气体包括氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体。该专利采用的氧化性气体提高了焊接熔池中的氧分压，使得进入到焊接熔池中的Al元素与O元素结合形成对焊缝强韧性不影响的Al2O3，抑制Al与Fe元素形成金属间化合物和影响奥氏体相变，最终获得全板条马氏体组织的焊缝区，焊缝的强度达到母材水平。该方法无需添加焊丝，也无需焊前去除镀层，方法简单、提高了生产效率、降低了生产成本。但是该方案仍存在以下缺点：第一，对于拼焊板的组对间隙要求较高，一般要求间隙不大于0.1t，这无形中相当于提高了焊接的难度；第二，在焊接的过程中，如果镀层中铝一旦进入焊接熔池内仍会出现偏聚的风险，导致生产过程中的不稳定；第三，焊接熔池停留的时间非常短，铝的氧化反应受限，导致效果不好。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，该方法解决了现有技术中直接进行含铝硅镀层钢焊接时焊缝强度低于母材的问题，同时与现有方法相比降低了生产成本，提高了生产效率，工艺窗口更宽，焊接过程中的控制精度要求下降更利于工业化的规模生产。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，包括：将两块钢板固定于夹具上；在保护气氛下，采用激光振镜照射所述两块钢板的对接处，使得对接处熔化并凝固，形成高质量的焊缝；以及对焊接后的钢板进行热冲压，获得所述具有铝硅镀层的钢制零部件。其中，所述两块钢板中至少包括一铝硅镀层钢板，所述保护气氛中含有5～100vol％的氧化性气体。进一步地，所述铝硅镀层钢板的铝硅镀层厚度在5～50μm之间。进一步地，铝硅镀层中铝含量在70％以上。进一步地，所述两块钢板的厚度在0.8～3.0mm之间，固定时控制两块钢板之间的间隙在0.3t以下。进一步地，所述铝硅镀层钢板的成分为：0.10％≤C≤0.5％；0.5％≤Mn≤3％；0.1％≤Si≤1％；0.01％≤Cr≤1％；Ti≤0.2％；Al≤0.1％；S≤0.05％；P≤0.1％；0.0002％≤B≤0.010％，其余为铁。进一步地，所述保护气氛为氧化性气体或由氧化性气体与惰性气体组成，所述惰性气体选自氦气、氩气、氮气中的一种或多种，所述氧化性气体为氧气和/或CO2。进一步地，所述保护气氛中，氧气的含量≤15vol％，CO2的含量≤100vol％。进一步地，所述保护气氛的流速为5～35L/min，上下表面必须同时通入保护气，且上表面气体喷嘴与钢板表面之间夹角小于90度。进一步地，所述激光振镜焊接的参数为：激光功率1000～6000W，焊接速度1～20m/min，扫描轨迹为“○”、“∞”、“////\”或“←→”，扫描半径为0.3～1.5mm，扫描速度为200～2000mm/s。进一步地，拼焊板的热冲压时的加热温度为900-1000℃之间，加热时间控制在3-8min，热冲压之后的冷却速度控制在30℃/s以上。进一步地，所述钢制零部件的显微组织主要是板条马氏体，化学成分是：0.10％≤C≤0.5％；0.5％≤Mn≤3％；0.1％≤Si≤1％；0.01％≤Cr≤1％；Ti≤0.2％；Al≤0.1％；S≤0.05％；P≤0.1％；0.0002％≤B≤0.010％，其余为铁。本专利技术的有益效果：1.本专利技术以激光振镜焊接代替现有的激光焊接，振镜焊接光斑的回旋振动有助于搅拌激光焊接熔池，从而使生成的Al2O3均匀地分散于熔池中，有助于熔池内成分分布均匀，从而改善焊接接头的性能，实现具有铝硅镀层的钢制零部件的直接焊接。与现有技术中去除铝硅镀层、激光填丝焊接等工艺相比，本专利技术的方法不需要激光烧蚀机、激光填丝机等设备和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，其特征在于，包括：/n将两块钢板固定于夹具上；/n在保护气氛下，采用激光振镜照射所述两块钢板的对接处，使得对接处熔化并凝固，形成高质量的焊缝；以及/n对焊接后的钢板进行热冲压，获得所述具有铝硅镀层的钢制零部件。/n其中，所述两块钢板中至少包括一铝硅镀层钢板，所述保护气氛中含有5～100vol％的氧化性气体。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，其特征在于，包括：
将两块钢板固定于夹具上；
在保护气氛下，采用激光振镜照射所述两块钢板的对接处，使得对接处熔化并凝固，形成高质量的焊缝；以及
对焊接后的钢板进行热冲压，获得所述具有铝硅镀层的钢制零部件。
其中，所述两块钢板中至少包括一铝硅镀层钢板，所述保护气氛中含有5～100vol％的氧化性气体。


2.如权利要求1所述的一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，其特征在于，所述铝硅镀层钢板的铝硅镀层厚度在5～50μm之间，铝硅镀层中铝含量在70％以上。


3.如权利要求1所述的一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，其特征在于，所述两块钢板的厚度在0.8～3.0mm之间，固定时控制两块钢板之间的间隙在0.3t以下。


4.如权利要求1所述的一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，其特征在于，所述铝硅镀层钢板中钢板的成分为：0.10％≤C≤0.5％；0.5％≤Mn≤3％；0.1％≤Si≤1％；0.01％≤Cr≤1％；Ti≤0.2％；Al≤0.1％；S≤0.05％；P≤0.1％；0.0002％≤B≤0.010％，其余为铁。


5.如权利要求1所述的一种用于制造具有铝硅镀层的钢制零部件的方法，其特征在于，所述保护气氛为氧化性气体或由氧化性气体与惰性气体组成，所述惰性气体选自氦气、氩气、氮气中的一种或多种，所述氧化性气体为氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进，王晓南，徐嘉泽，杨彬，胡增荣，张佳，蔡晓旭，孙茜，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32