基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法技术

本发明专利技术公开了一种基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，包括步骤：1、将两块铝硅镀层钢板固定，拼焊间隙0.3

【技术实现步骤摘要】
基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法


[0001]本专利技术涉及一种钢板的拼焊方法，尤其涉及一种基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法。

技术介绍

[0002]铝硅镀层热成形钢是常用的车用钢板，现有技术的铝硅镀层热成形钢拼焊方式大多为激光焊接。由于汽车领域对板材的焊接要求质量较高，在进行激光填丝焊接铝硅镀层钢板时，对于待焊接板件的焊前装配间隙、板材厚度、镀层厚度、焊接工艺参数、焊丝直径和镀层等都有着严格的要求。但在实际焊接工艺往往无法满足焊接设计要求，铝等有害元素容易熔入焊接熔池，焊缝金属由液态迅速凝固为固态的过程中，使有害元素随机的集中在某一个或某几个区域内，集中区域中的铝浓度超过0.8%，且体积达到几十个立方微米以上时，会最终导致焊缝性能恶化，且在热冲压后，取样拉伸时焊缝处容易断裂。这是铝镀层钢板焊接时常见的也是特有的有害现象。
[0003]现有技术中解决焊缝处铝元素集中的方法有：1、去除焊接区域中全部或部分铝硅镀层后再进行激光焊接，但由于镀层、板材和焊丝中均可能含有铝、硫、磷等有害元素，焊接时无法有效控制铝、硫、磷等有害元素的流动，导致有害元素集中无法得到有效抑制。
[0004]2、不去除铝硅镀层，采用特殊材质的焊丝进行激光焊接，该特殊材质的焊丝开发成本高，且通用性较差，无法普遍应用于各种类型的板材，无法适应不同成分的镀层的焊接，导致对有害元素集中的抑制效果不佳。
[0005]同时，由于现有技术中采用圆形光斑的激光提供焊接能量，光斑的中部能量集中，边缘处能量相对较少，会进一步加剧有害元素的集中，且会导致焊缝的强度不均。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，通过特殊能量分布的裂式高阶激光束，结合焊丝和焊接工艺，提高了铝元素在焊缝中的分布均匀性，提高车用铝硅镀层钢板的焊接质量。
[0007]本专利技术是这样实现的：一种基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，包括以下步骤：步骤1：将两块待拼焊的铝硅镀层钢板固定于焊接操作平台上，两块铝硅镀层钢板之间的拼焊间隙为0.3
‑
0.4mm；步骤2：在保护气氛围下，采用裂式高阶激光束通过焊丝对两块铝硅镀层钢板进行激光填丝焊接，裂式高阶激光束为高阶拉盖尔
‑
高斯横模激光束，阶数包括TEM01、TEM02、TEM10、TEM20、TEM30；裂式高阶激光束的光斑包括若干个交错分布的高能区域和低能区域，焊接时高能区域的温度大于低能区域的温度，在焊接熔池中形成温度梯度，即高能区域的中心点向外呈温度递减趋势，并向低能区域过渡，低能区域的温度最低为0，温度梯度使焊
接熔池的金属从高能区域向低能区域高速、交错流动，搅动焊接熔池并使有害元素分布均匀；所述的焊丝中含有元素N和元素Ni，保护气为氩气Ar、氮气N2、氦气He的混合气体。
[0008]所述的铝硅镀层钢板的厚度为0.8
‑
3mm，铝硅镀层钢板的上下表面均匀分布铝硅镀层，铝硅镀层钢板的镀层厚度为20
‑
35um；按质量百分比计，镀层成分为Al 90
‑
95%，Si 5
‑
9%，其余为杂质。
[0009]所述的两块铝硅镀层钢板之间的拼焊间隙的误差范围不超过
±
0.01mm。
[0010]所述的高阶拉盖尔
‑
高斯横模激光束的光斑轮廓半径不大于激光基模有效半径的2倍，且光斑轮廓的最小外径为0.6
‑
1mm；高阶拉盖尔
‑
高斯横模激光束的波长为1064纳米，高阶拉盖尔
‑
高斯横模激光束的光束质量为0.2
‑
0.3mm
·
mrad，高阶拉盖尔
‑
高斯横模激光束的功率为8
‑
10KW。
[0011]所述的激光填丝焊接的焊接速度为4
‑
6m/min，离焦量为
‑
0.5~0.5mm，焊丝的送丝速度为3
‑
5m/min。
[0012]所述的焊丝为表面镀铜厚度小于2um的铜钢焊丝，按质量百分比计，焊丝的成分为：C<0.2%、Si 0.2
‑
0.3%、Mn 1.0
‑
1.8%、P<0.009%、S<0.001%、B 0.002
‑
0.004%、Ti 0.03
‑
0.06%、N 0.005
‑
0.008%，Cu 0.01
‑
0.03%、Cr 0.02
‑
0.04%、Ni0.6
‑
1.0%、余量的铁。
[0013]所述的焊丝的直径为0.9
‑
1.0mm，焊丝在焊接前通过热丝电源预热至300
‑
550℃，热丝电流为80
‑
120A。
[0014]按体积百分比计，所述的保护气的组成为氩气Ar 70
‑
80%，氮气N
2 10
‑
15%，氦气He 5
‑
20%。
[0015]所述的保护气的流量为20
‑
25L/min，保护气的压力为3
‑
5pa，保护气的喷气口与焊接点之间的距离为30
‑
40mm，保护气的喷气角度为50
°‑
70
°
。
[0016]所述的激光填丝焊接后，在两块铝硅镀层钢板的焊缝内，任意区域中铝元素的浓度均＜0.7%。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：1、本专利技术由于采用了裂式高阶激光束，利用裂式高阶激光束的能量分布特性形成焊接熔池的温度梯度，通过剧烈的温度梯度变化加剧铝等有害元素在焊接熔池中的流动性，消除焊缝凝固后铝元素在焊缝中的随机、不连续集中问题，从而避免了焊缝性能恶化和热压后拉伸断裂的情况发生，进而保证了车用铝硅镀层钢板的焊接质量。
[0018]2、本专利技术由于采用了基于裂式高阶激光束的激光填丝工艺，无需去除板材表面的镀层，也无需采用特种焊丝，提高了车用铝硅镀层钢板拼焊操作的可行性和通用性，在保证生产质量的基础上降低了生产成本。
[0019]3、本专利技术由于采用了激光填丝焊接工艺，通过焊丝的添加稀释了铝元素在焊缝中的浓度，有利于避免铝元素在焊缝中的集中问题，同时通过焊丝中的氮元素和镍元素、以及保护气中的氮气能进一步起到固铝作用，减少铁与铝的结合，限制铁素体的形成，进一步提高了车用铝硅镀层钢板的拼焊质量。
[0020]本专利技术通过特殊能量分布的裂式高阶激光束，结合焊丝和焊接工艺，无需去除镀层，也无需采用特种焊丝，提高了铝元素在焊缝中的分布均匀性，避免了铝元素随机、不连续集中导致的焊接性能恶化和拉伸断裂等问题，提高车用铝硅镀层钢板的焊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：将两块待拼焊的铝硅镀层钢板固定于焊接操作平台上，两块铝硅镀层钢板之间的拼焊间隙为0.3
‑
0.4mm；步骤2：在保护气氛围下，采用裂式高阶激光束通过焊丝对两块铝硅镀层钢板进行激光填丝焊接，裂式高阶激光束为高阶拉盖尔
‑
高斯横模激光束，阶数包括TEM01、TEM02、TEM10、TEM20、TEM30；裂式高阶激光束的光斑包括若干个交错分布的高能区域和低能区域，焊接时高能区域的温度大于低能区域的温度，在焊接熔池中形成温度梯度，即高能区域的中心点向外呈温度递减趋势，并向低能区域过渡，低能区域的温度最低为0，温度梯度使焊接熔池的金属从高能区域向低能区域高速、交错流动，搅动焊接熔池并使有害元素分布均匀；所述的焊丝中含有元素N和元素Ni，保护气为氩气Ar、氮气N2、氦气He的混合气体。2.根据权利要求1所述的基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，其特征是：所述的铝硅镀层钢板的厚度为0.8
‑
3mm，铝硅镀层钢板的上下表面均匀分布铝硅镀层，铝硅镀层钢板的镀层厚度为20
‑
35um；按质量百分比计，镀层成分为Al 90
‑
95%，Si 5
‑
9%，其余为杂质。3.根据权利要求1所述的基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，其特征是：所述的两块铝硅镀层钢板之间的拼焊间隙的误差范围不超过
±
0.01mm。4.根据权利要求1所述的基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，其特征是：所述的高阶拉盖尔
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高斯横模激光束的光斑轮廓半径不大于激光基模有效半径的2倍，且光斑轮廓的最小外径为0.6
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1mm；高阶拉盖尔
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高斯横模激光束的波长为1064纳米，高阶拉盖尔
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高斯横模激光束的光束质量为0.2
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0.3mm
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mrad，高阶拉盖尔
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高斯横模激光束的功率为8
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10KW。5.根据权利要求1所述的基于裂式高阶激光束的车用铝硅镀层钢板的拼焊方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志峰，韩刚，侯宝辉，姚安，崔玉林，颜耀辉，
申请(专利权)人：上海宝钢阿赛洛激光拼焊有限公司，
类型：发明
国别省市：