阅读说明：本技术 一种铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法 (Tailor-welding manufacturing method of aluminum or aluminum alloy coating hot-formed steel ) 是由 王小杰 冯浩宇 韩振宇 刘春景 于 2019-09-17 设计创作，主要内容包括：一种铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法,按照下列步骤进行：a、将铝或铝合金镀层热成型钢板料待焊接部位的合金层、过渡层全部去除,同时去除部分基材,构成基材凹槽；b、根据基材成分及基材凹槽深度选取焊丝；c、利用激光填丝焊方式对热成型板料进行焊接；d、将焊接完成的产品件进行淬火。本发明方法既保证了镀层金属不会进入熔池,也保证了填充金属能最大限度的覆盖剥离部位,而且能有效防止边部镀层金属随焊接热循环熔化进入熔池；此外,在保证焊接质量的同时,具有工艺过程容易实施,适合大规模生产制造应用,能保证批量生产的稳定性的特点。(A tailor-welding manufacturing method of aluminum or aluminum alloy coated hot-formed steel comprises the following steps: a. completely removing an alloy layer and a transition layer of a part to be welded of the aluminum or aluminum alloy coating hot-formed steel plate material, and simultaneously removing a part of base material to form a base material groove; b. selecting welding wires according to the components of the base material and the depth of the groove of the base material; c. welding the hot-formed plate by using a laser wire filling welding mode; d. and quenching the welded product pieces. The method of the invention not only ensures that the plating metal can not enter the molten pool, but also ensures that the filling metal can cover the stripping part to the maximum extent, and can effectively prevent the plating metal at the edge part from melting into the molten pool along with the welding thermal cycle; in addition, the welding quality is ensured, and meanwhile, the method has the characteristics that the technological process is easy to implement, the method is suitable for large-scale production and manufacturing, and the stability of batch production can be ensured.)

一种铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属拼焊方法，特别是铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法。

背景技术

裸板热成型钢在热冲压后形成大量氧化皮，虽然可以通过抛丸工序将氧化皮去除，但零件尺寸精度会受到较大影响。铝或铝合金镀层热成型钢的开发成功解决了上述问题，但该类钢产品在激光拼焊时却遇到了如下困难：铝或铝合金镀层会随着焊接过程一起进入熔池，形成强度较低的铁素体相，使得拼焊接头处的机械性能无法满足质量要求。因此，激光焊接过程，采用合适的技术手段来抑制镀层金属的有害作用，对保证良好的拼焊接头机械性能是十分重要的。专利CN101426612B提出了一种利用激光剥离合金层，保留过渡层的方法，以保证镀层热成型钢焊接性能满足质量要求。但这种去除合金层保留过渡层的方法，仍会在焊接过程中引入过渡层金属元素，控制不当很容易引起焊缝机械性能的下降；同时，保留几个微米的过渡层，批量生产稳定实施的难度也比较大。专利106334875A提出了一种利用激光剥离合金层和过渡层，且需将镀层端面加工成适当角度的方法，通过引入镀层端面角度，尽可能的避免铝镀层进入熔池影响接头性能。该方法对镀层端面角度的稳定控制难度很大，一旦工艺波动，后续的焊接过程仍很容易将铝元素带入熔池，使接头机械性能受到影响。还有人提出一种不去除铝硅镀层而直接焊接的方法，该方法对两块焊件的焊接间隙有严格的要求，在实际生产过程中，由于装配和焊件的尺寸波动，焊接间隙在大批量制造时很难保持稳定，一旦间隙低于要求范围，铝元素的有害作用就无法通过填充材料进行抑制，焊接接头的性能将无法满足质量要求；另一方面如果焊接间隙过大，会使激光能量不能被母材充分吸收，影响焊接稳定性。此外，该技术为保证焊缝的奥氏体化，焊丝成分中添加了过多的奥氏体稳定元素，这有可能导致焊缝金属的淬硬倾向降低，对接头处的强度产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种既能保证接头机械性能满足产品要求，又能保证批量生产稳定性的铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，按照下列步骤进行：

a、将铝或铝合金镀层热成型钢板料待焊接部位的合金层、过渡层全部去除，同时去除部分基材，构成基材凹槽；

b、根据基材成分及基材凹槽深度选取焊丝；

c、利用激光填丝焊方式对热成型板料进行焊接；

d、将焊接完成的产品件在930-950℃保温300s，以大于30°/s的冷却速度进行淬火。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，焊丝成分依据基材成分及基材凹槽深度确定：焊丝成分包括C、Si、Mn、S、P和Fe,其中C、Si、Mn元素的百分比含量为基材成分中C、Si、Mn元素百分比含量的0.8-1.2倍；焊丝成分中的P和S元素的百分比含量不超过基材成分中P和S元素的百分比含量；当基材凹槽深度大于30μm时，焊丝成分中加入0.002-0.012％的B元素。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，焊丝成分还包括0.01-0.1％的Cr和0.01-0.1％的Ni。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，所述基材凹槽深度为2μm-100μm，基材凹槽宽度W为0.5-3mm。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，所述所述基材凹槽深度为10μm-50μm，基材凹槽宽度W为1-1.5mm。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，凹槽截面形状为矩形或曲弧形装。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，合金层、过渡层及基材去除采用激光、等离子弧或水射流的方式，采用垂直去除或与镀层、基材成一定角度进行去除。

上述铝或铝合金镀层热成型钢的拼焊制造方法，所述铝或铝合金镀层热成型钢的镀层厚度(包括合金层和过渡层)为8微米-35微米。

本发明方法相对现有技术的优势如下：1、利用激光或其他高能束将待焊部位的表面层、过渡层全部去除，并去除部分基材，完全避免了合金层或过渡层中的有害元素进入熔池引起接头处性能下降的弊端；2、利用合适成分的焊丝，以填丝焊的方式对将两块板材进行焊接，有效控制去除基材对板材厚度的减薄影响，同时，可显著降低对落料尺寸精度的要求；3、通过去除基材，在基材表面形成一凹槽，熔融金属可最大程度的向凹型槽两边铺展，有效降低剥离处基材与空气接触导致的应力腐蚀；4、常规的填丝焊接会产生焊缝余高，余高过高对后续的热成型工序不利，磨损模具；本发明提出的基材凹槽方法，可有效降低余高，保证余高满足热成型的需要。本发明方法既保证了镀层金属不会进入熔池，又保证了填充金属能最大限度的覆盖剥离部位，而且能有效防止边部镀层金属随焊接热循环熔化进入熔池；此外，在保证焊接质量的同时，具有工艺过程容易实施，适合大规模生产制造应用，能保证批量生产稳定性的特点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是待焊接的镀层热成型钢板料表面基材凹槽的示意图；

图2是镀层热成型钢板料焊缝示意图。

图中各标号为：1、合金层，2、过渡层，3、基材，4、基材凹槽，5、焊缝。

具体实施方式

本发明的技术核心是利用激光或其他高能束(等离子弧、水射流等)将铝或铝合金镀层热成型钢待焊部位的表层、过渡层和部分基材去除，形成基材凹槽。为保证凹槽成型的均匀性，激光或高能束在凹槽中部2/3的去除宽度覆盖的区域和边部1/3的去除宽度覆盖的区域的输入能量比例需大于100％，否则，去除镀层及基体的过程中，能量会在边部聚集，导致凹槽成型均匀性受到影响，产生应力集中问题。然后，以激光填丝焊方式对热成型板料进行焊接，以下结合附图对本发明方法予以详述。

参看图1、图2，本发明方法包括下述步骤：

a、将铝或铝合金镀层热成型钢板料待焊接部位的合金层1、过渡层2全部去除，同时去除部分基材3，构成基材凹槽4。去除方法优选激光，也可以采用等离子弧或水射流等方法。基材凹槽的形状可以是矩形或曲弧形状。可以采用垂直与镀层、基材表面去除，或采用与镀层、基材成一定角度进行去除，激光扫略方式为正弦波型(或其它满足上述能量分布要求的扫略方式)。在待焊部位的至少在一个面上进行去除基材工艺。基材凹槽深度和宽度尺寸与所采用的去除方法有关，通常基材凹槽深度H为2μm-100μm，优选10μm-50μm；基材凹槽宽度W为0.5-3mm，优选1-1.5mm。

b、根据基材成分及基材凹槽深度选取焊丝。焊丝成分与基材成分一致或接近，以保证焊缝质量，有利于热处理后基材与焊缝机械性能一致。焊丝成分包括C、Si、Mn、S、P和Fe,其中C、Si、Mn元素的百分比含量为基材成分中C、Si、Mn元素百分比含量的0.8-1.2倍；焊丝成分中的P和S元素的百分比含量不超过基材成分中P和S元素的百分比含量。当基材凹槽深度大于30μm时，考虑到焊缝处的淬透性，在焊丝成分中加入0.002-0.012％的B元素。焊丝成分还可以根据基材成分加入0.01-0.1％的Cr和0.01-0.1％的Ni。

c、利用激光填丝焊方式对热成型板料进行焊接。焊接过程采用降低熔融金属表面张力的措施，如采用氧气、氩气的混合保护气体，使得熔融金属在基材凹槽内均匀铺展，最大限度的降低剥离部位基材与空气接触的范围。焊缝的横截面积由基材去除面向两侧递减，熔融金属最大程度的向基材凹槽两边铺展，将基材表面覆盖，有效降低剥离部位处的基材与空气接触的范围。

d、将焊接完成的产品件在930-950℃保温300s，以大于30°/s的冷却速度进行淬火。

以下提供一个具体的实施例：

22MnB5的铝合金镀层热成型钢，基材成分重量百分比如下：C≤0.22,Si≤0.28,Mn1.25-1.3,Cr 0.12-0.13,B 0.0022-0.0025,Als 0.38,P≤0.011,S≤0.0022,Ti 0.03-0.02,其余为Fe。

焊丝成分重量百分比如下：C 0.20％，Si 0.30％，Mn 1.45％，Cr 0.03％，Ni0.02％，P 0.010％，S 0.009％。

采用纳秒激光去除22MnB5的铝硅镀层和部分基材，基材去除深度为20-30μm，纳秒激光器平均功率300W，行进速度2m/min，垂直工件表面照射，激光在基材凹槽中部2/3的去除宽度覆盖的区域和边部1/3的去除宽度覆盖的区域的输入能量比例大于100％；对去除部位进行激光填丝焊，激光功率4kW，焊接速度5m/min；焊后将试样在炉子中加热至950℃，保温300s后淬火。对淬火试板按国标进行拉伸试验，接头断裂在母材处，表明拼焊接头性能不低于母材。经检测拼焊接头处的机械性能如下：