一种激光焊接用合金焊丝及提高镀铝硼钢焊缝强度的方法技术

本发明专利技术属于激光焊接加工领域，具体公开了一种激光焊接用合金焊丝及提高镀铝硼钢焊缝强度的方法；所述激光焊接用合金焊丝，含有以下质量分数的成分：C：0.205～0.219wt％、Cr：1.26～1.34wt％、Ni：5.25～5.60wt％、Mn：3.05～3.15wt％、Nb：0.10～0.12wt％、Si：0.10～0.15wt％、Fe为余量；本发明专利技术还公开了利用上述合金焊丝提高激光焊接镀铝硼钢焊缝强度的方法，在不需要去除镀铝层或减少镀铝层厚度的条件下便可消除焊缝强度下降的痛点，顺便也解决了对接焊时因钢板装夹间隙误差而引起的凹坑、咬边等焊接缺陷；从两个方面保证了焊缝强度，同时本合金焊丝可直接耦合到激光焊接的工序中，不增加焊接工序和不改变生产流程，有效控制了生产成本，并且，焊丝成本便宜，易于加工制作。作。作。

【技术实现步骤摘要】
一种激光焊接用合金焊丝及提高镀铝硼钢焊缝强度的方法


[0001]本专利技术属于激光焊接加工领域，具体公开了一种激光焊接用合金焊丝及提高镀铝硼钢焊缝强度的方法。

技术介绍

[0002]随着我国汽车工业的蓬勃发展，汽车的燃油经济性和驾驶安全性越来越受到人们的重视，对于汽车车身而言，在减少钢板厚度的同时，提高钢板强度已经成为汽车轻量化技术的主流设计方向，因此，1.5GPa的超高强度硼钢钢板在汽车的前后防撞梁及A、B、C柱上的使用越来越普遍。
[0003]激光焊接薄钢板具有众多的优势：热变形小、焊缝成型美观、焊接效率高、无需搭接焊而节约钢板用量，便于轻量化设计。另一方面，在热冲压成型时为了保护硼钢表面不被氧化和脱碳，常使用镀铝(硅)的方式来保护硼钢。该项技术的工艺流程为：硼钢镀铝
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激光焊接
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930度电阻炉加热并保温5分钟左右
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热冲压成型
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空冷，如图1所示。但是在对成品进行力学性能测试时发现，拉伸断裂的位置在焊缝，并且该区域的平均硬度远低于热影响区和基材。进一步观察该区域时发现：1)该区域有分布不均匀的铝元素(Al：0.1wt％～1.5wt％，镀铝厚度在20μm左右的情况下)；2)脱碳严重；3)铁素体相较多，如图2和图6所示。并且还发现，脱碳严重区域和铁素体相较多区域的铝元素含量较高，呈现高度重合化，硼钢是不含铝元素的，所以这些铝元素一定是焊接时镀层的铝元素混入到焊缝所致。
[0004]有人尝试用镀锌板代替镀铝板，但是锌的熔点仅为419.5度，在激光焊和向后的930度加热保温时，镀层大部分都气化掉，对钢板起不到保护作用。也有人提出用镀镍、镀铬、镀铜来代替镀铝但是因成本和焊后偏析等问题而不了了之。
[0005]随着研究的深入，人们普遍认识到是铝镀层和铝偏析是导致焊缝强度低下的主要矛盾，所以解决的方案主要集中在两个方面:<A>去除或减少铝镀层的厚度；比如，中国专利技术专利申请号为201911122011.6的专利申请文件公开了具有Al
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Si镀层热成型钢板的双光束拼焊方法。该专利是利用双光束的方法来达到减少铝偏析的目的，具体做法是利用前光束将镀铝层转换为Fe
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Al间金属化合物，然后利用后光束进行拼焊。申请人也曾用该方法进行过类似的试验，主要问题集中在如下两个个方面：(1)如果前光束的有效扫描宽度大于后光束的有效扫描宽度，在随后的热成型处理时基材的部分区域得不到有效保护，很容易氧化和脱碳；如果前光束的有效扫描宽度等于或少于后光束的有效扫描宽度，后光速拼焊后，依旧有偏析，因为偏析位置主要集中在熔合线附近；(2)镀铝钢板是双面镀铝，对正面扫描并拼焊后，还需要对背面进行扫描和拼焊，这等于焊接了两次，这样既没有效率又会加剧咬边、凹坑等焊接缺陷的出现，即使是先对钢板的正面和反面进行扫描，然后再进行一次拼焊，两次钢板装卡带来的效率低下和装夹误差也会引起产品质量的不稳定性。<B>不去除镀铝层，通过设备手段降低焊缝中的铝偏析。比如，中国专利技术专利申请号为201910949005.1的专利申请文件公开了一种具有Al
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Si镀层热成型钢板的脉冲拼焊方法。该专利通过脉冲激光器产生的波峰功率和波谷功率来熔化熔池，以此来消除铝元素的偏析。由于脉冲激光的
波峰功率能瞬间熔化钢材但波谷功率却不能熔化，这就造就了后续熔融态的金属液体无法补充于前面已经熔化的液态金属，再加上熔化和凝固的太快从而会引起焊缝产生气孔和夹渣等缺陷，并且，铝元素偏析程度与焊接速度有直接关系，究其原因为焊接速度太快时冷却速度也会加快，焊缝的体积会减少，混入到焊缝内的铝元素没有时间和空间来扩散，导致铝元素浓度升高，偏析的加剧。脉冲激光一般不应用于汽车焊接领域，产业化的工厂要求的是产品质量的稳定可靠性，这对激光器的要求就是能量输出必须要有连续的稳定性，激光功率不能出现大幅度的摆动。
[0006]综上所述，现有技术提供的解决方案主要集中在如何“替铝或控铝”上，这些方法是无法完全代替或去除掉焊缝内的铝元素，更不能防止焊缝强度的下降。因为：第一，“替铝”方案存在工业化应用的问题，第二，镀铝层与基材已经发生化学反应，两者已经融为一体；第二，激光焊接的冷却速度太快，铝元素没有时间进行充分地扩散和固溶，数分钟内的热处理也无法解决；第三，任何方案都不能完全阻挡焊缝内铝元素的存在。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种激光焊接用合金焊丝及提高镀铝硼钢焊缝强度的方法。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种激光焊接用合金焊丝，含有以下质量分数的成分：
[0010]C：0.205～0.219wt％、Cr：1.26～1.34wt％、Ni：5.25～5.60wt％、Mn：3.05～3.15wt％、Nb：0.10～0.12wt％、Si：0.10～0.15wt％、Fe为余量。
[0011]进一步的，上述激光焊接用合金焊丝在汽车行业激光焊接加工领域中的用途。
[0012]进一步的，上述用途中，所述合金焊丝用于激光焊接时提高镀铝硼钢焊缝强度。
[0013]进一步的，上述用途中，所述镀铝硼钢的型号为20MnTiB。
[0014]进一步的，上述用途中，所述镀铝硼钢的镀铝层厚度为20～25μm。
[0015]进一步的，一种利用激光焊丝提高镀铝硼钢焊缝强度的方法，使用上述激光焊接合金焊丝，包括以下步骤：
[0016]1)选用工件厚度为1.0
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1.4mm，镀层厚度为20～25μm的20MnTiB系镀铝硼钢钢板；
[0017]2)将上述钢板固定在夹具上面，钢板对接装夹；
[0018]3)选用光斑直径为0.6
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0.7mm的Yb:YAG或光纤激光器，功率3000
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3500瓦，焊接速度为1.0
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1.7m/min，氩气保护的流速为15
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20L/min，激光器的倾斜角度为5度；
[0019]4)选用直径为0.5
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0.6mm的合金焊丝，送丝速度为0.7
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1.2m/min，送丝角度为35
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40度,光丝距离为0mm；
[0020]5)规划焊接路径，并实施焊接，焊后将钢板直接放入在930
±
10度的电阻炉内加热，保温时间为5
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7分钟，出炉后在空气中热冲压成型。
[0021]中国专利技术专利申请号为201380001259.1的专利申请文件公开了拼焊板及其制造方法、以及使用拼焊板的热冲压部件。根据该专利提供的信息可知：1)该专利提供的内容使用了激光填丝焊技术来解决镀铝硼钢在焊接过程中出现的焊缝内铝元素增多的问题；2)该专利提供的合金焊丝的设计思路是通过奥氏体稳定化元素来减少焊缝内的铁素体稳定化元素；3)焊丝中的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光焊接用合金焊丝，其特征在于，含有以下质量分数的成分：C：0.205～0.219wt％、Cr：1.26～1.34wt％、Ni：5.25～5.60wt％、Mn：3.05～3.15wt％、Nb：0.10～0.12wt％、Si：0.10～0.15wt％、Fe为余量。2.如权利要求1所述的合金焊丝在汽车行业激光焊接加工领域中的用途。3.根据权利要求2所述的用途，其特征在于，所述合金焊丝用于激光焊接时提高镀铝硼钢焊缝强度。4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于，所述镀铝硼钢的型号为20MnTiB。5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于，所述镀铝硼钢的镀铝层厚度为20～25μm。6.一种利用激光焊丝提高镀铝硼钢焊缝强度的方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的合金焊丝，包括以下步骤：1)选用工件厚度为1.0
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1.4mm，镀层厚度为20～25μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄圣坤，曹伟业，
申请(专利权)人：湖南瑞华新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：