一种用于激光焊接表面涂覆Al-Si涂层的热成形钢的焊剂及焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于激光焊接表面涂覆Al

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂及焊接工艺


[0001]本专利技术涉及一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂及焊接工艺，通过采用熔盐、金属氧化物和微量合金元素组成的焊剂与热成形钢板材表面Al
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Si涂层发生冶金过程的物理化学反应，降低激光焊接过程中热成形钢表面Al
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Si涂层熔化后Al元素溶解或渗入到焊缝与Fe元素形成Fe
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Al金属间化合物，同时减少激光反射，增加激光热输入，从而达到提高激光焊接接头力学性能，属于焊接与连接


技术介绍

[0002]热成形钢和激光拼焊技术的组合可使材料、零部件的结构设计与成形技术相结合的更加紧密，广泛用于制造汽车A柱、B柱、前后纵梁等系列安全结构件，提高汽车安全结构件的强度、抗弯曲和扭转刚性等碰撞安全性指标，实现汽车车身轻量化，车身重量减重达到20％，已成为行业热衷的技术解决方案。热成形钢是通过成分设计，添加硼、锰和铬等微量合金元素提高淬透性，热成型之前板材组织由铁素体和珠光体组织组成，然后将钢板经过910
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950℃的高温加热使珠光体和铁素体均匀奥氏体化，然后在模具内冲压成形，同时利用模具内的冷却水道，将冲压成型的零件快速均匀的冷却，从而将奥氏体转化为马氏体，进而使汽车用高强度钢获得更高的屈服强度和抗拉强度，有效的提升车身的整体性能，获得更高的安全性。热成形钢板具有很好的材料成形准确度，消除材料回弹的影响，可以实现复杂的形状。由于热成形钢板的特殊性质，并且是加热后成型，因此可以在一道工序完成普通冷冲压成型需多道工序才能完成的复杂形状。一次成型的工艺好处在于可以确保钢板在加工过程中，钢板内部纤维流向不必受到二次受力的冲击，保证钢板保持最好的强度和韧度，而且在零件成型后进行快速冷却，零件成型后的回弹量很小，极大地提高了材料成型准确度，更好的保证了零件尺寸精度，为下一步的车身焊接打下良好的基础。热成形钢在热成型过程中，板材受到高温热作用表面氧化而形成氧化皮，影响后续的二次加工，降低材料的焊接性能和表面涂镀性能；此外板材表面氧化也会引起钢板表面的脱碳，进而影响钢板的强度。为此，热成形钢在热成型后的焊接和涂镀前需要喷丸处理或酸洗去掉板材表面在加热过程中产生的氧化物，喷丸或酸洗过程增加了生产成本，降低了生产效率，对周围环境造成严重污染。热成形钢表面涂覆Al
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Si涂层很好解决上述工艺问题。热成形钢表面涂覆Al
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Si涂层在热成型过程中无需加入保护气体，表面不会产生氧化物，免去后续表面喷丸处理，改善加工环境，提高了零部件和总成部件的制造尺寸精度。表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢在热冲压成型工艺中得到广泛应用。但是，表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢板材在激光焊接时，表面Al
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Si涂层严重影响了板材的焊接性，Al
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Si涂层熔化后Al元素会溶解或渗入焊缝与Fe元素形成多种脆性Fe
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Al金属间化合物，同时也会促使δ
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铁素体的产生，结果是降低接头力学性能。解决的技术方案通常是在焊接之前去除Al
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Si涂层。目前，国内外有机械或物理去除技术、脉冲激光烧蚀、填丝技术和添加焊剂等。机械去除大多为接触式，对于去除Al
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Si的厚度较难把控，板材的平整度对去除效果有一定的影响，同时机械去除技术工序繁多，生产效
率低，对周围环境造成严重污染。使用脉冲激光烧蚀，可以去除金属或非金属涂层，当参数选择合适时，可以去除部分Al
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Si涂层，但是皮秒或飞秒级脉冲激光器价格昂贵，增大了设备的投入，当脉冲激光参数发生波动时，会导致烧蚀效果不理想。近年来，填丝技术和添加焊剂技术受到业内关注，填丝技术和添加焊剂技术在焊前无需去除Al
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Si涂层，可直接进行激光焊接工艺。填丝技术的基本原理是在焊丝中添加稳定奥氏体抑制铁素体元素，通过元素过渡和稀释的复合方式，阻碍Al
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Si涂层对焊缝性能的影响，使焊缝中铁素体和珠光体组织减少，获得弥散分布的马氏体组织。添加焊剂技术则是利用化学作用原理去除表面铝的影响。检索文献，相关专利有数十件，如专利201380001259.1公布了一种利用填充焊丝(C含量比基材高0.1％
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0.8％wt、Mn含量比基材高1.5％
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7.0％wt)实现不需要去除Al
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Si镀层可直接进行激光拼焊。专利201510165732.0公布了一种利用填充焊丝(包含0.6
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0.9wt％的C、0.3
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0.9wt％的Mn、1.6
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3.0wt％的Ni、余量的Fe及其他不可避免的杂质)实现不需要去除Al
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Si镀层可直接进行激光拼焊。专利201611036496.3则公布了一种采用氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体(氮气、氩气等)的混合气体作为保护气体，提高焊接熔池中的氧分压，氧与铝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，焊缝区最终获得全板条马氏体组织。专利202010755474.2公开了一种提高带铝硅镀层的热成形钢拼焊板焊接接头塑性的焊膏及工艺，预先将合金粉末与粘结剂混合后涂覆于热成形钢侧激光焊接处，预热后施焊。专利202210230859.6公开了一种镀层热成形钢去除表面氧化层的方法以及热成型方法，采用喷吹气体的方式对镀层热成形钢表面进行喷吹去除表面氧化层。上述技术都有一定益处，也都存在相应的不足之处。如何改善在激光焊接时表面Al
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Si涂层对热成形钢焊接性的影响，提高焊接接头的强韧性是科研人员亟待解决技术难题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂及焊接工艺，在板材需要激光焊接的表面涂敷一层由熔盐、金属氧化物和微量合金元素组成的焊剂与热成形钢板材表面Al
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Si涂层发生冶金过程的物理化学反应，溶解焊接处的Al
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Si涂层，降低激光焊接过程中热成形钢表面Al
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Si涂层熔化后Al元素溶解或渗入到焊缝与Fe元素形成Fe
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Al金属间化合物，同时减少激光反射，增加激光热输入，从而达到增大激光焊接接头的熔深和提高激光焊接接头力学性能。
[0004]本专利技术的核心技术是焊前不需要去除Al
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Si涂层，通过调节焊剂的熔盐、金属氧化物和微量合金元素组成的成分配比，增大激光焊接接头的熔深，降低激光焊接热成形钢过程中表面Al
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Si涂层熔化后Al元素溶解或渗入到焊缝与Fe元素形成Fe
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Al金属间化合物，提高激光焊接接头的强度、塑性和韧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂，其特征在于，在涂覆Al
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Si涂层的热成形钢焊接接头施焊处表面喷涂一层焊剂，所述焊剂为由熔盐、金属氧化物和微量合金元素组成的焊剂，按质量百分比计Wt/％为：五氧化二铌Nb2O55
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10％，氧化钙CaO15
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20％，氧化锰MnO35
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40％，氧化镁MgO5
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15％，纯金属铜Cu1
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5％，纯金属镍Ni0.1
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1.0％，氟铝酸钾K3AlF6余量。2.一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂，其特征在于，焊剂按质量百分比计Wt/％为：5％的五氧化二铌Nb2O5、15％的氧化钙CaO，35％的氧化锰MnO，15％的氧化镁MgO，5％的纯金属铜Cu，0.1％的纯金属镍Ni，氟铝酸钾K3AlF6余量。3.一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂，其特征在于，焊剂按质量百分比计Wt/％为：6％的五氧化二铌Nb2O5，16％的氧化钙CaO，36％的氧化锰MnO，14％的氧化镁MgO，3％的纯金属铜Cu，0.3％的纯金属镍Ni，氟铝酸钾K3AlF6余量。4.一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂，其特征在于，焊剂按质量百分比计Wt/％为：7％的五氧化二铌Nb2O5，18％的氧化钙CaO，37％的氧化锰MnO，13％的氧化镁MgO，3％的纯金属铜Cu，0.4％的纯金属镍Ni，氟铝酸钾K3AlF6余量。5.一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂，其特征在于，焊剂按质量百分比计Wt/％为：8％的五氧化二铌Nb2O5，15％的氧化钙CaO，39％的氧化锰MnO，10％的氧化镁MgO1，3％的纯金属铜Cu，0.6％的纯金属镍Ni，氟铝酸钾K3AlF6余量。6.一种用于激光焊接表面涂覆Al
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Si涂层的热成形钢的焊剂，其特征在于，焊剂按质量百分比计Wt/％为：9％的五氧化二铌Nb2O5，16％的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱小明，佟鑫，苏金龙，邢飞，徐宇欣，阮野，张晏齐，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：