專利名稱：制造定制的、待熱成型的焊接扁鋼制品的方法，以及相應(yīng)的焊接產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造扁鋼制品的方法，通過該方法，將不同厚度和/或材料等級的鋼板或鋼帶沿著通過鋼板或鋼帶的邊棱形成的接合縫彼此焊接在一起，還涉及一種扁鋼制品(半成品)，其用于制造熱成型的零件，并由彼此沿著焊縫焊接在一起的、不同厚度和/或材料等級鋼板或鋼帶構(gòu)成。
背景技術(shù)：
在今天的現(xiàn)代車輛制造中，使用焊接在一起的、由不同板材厚度和/或材料等級構(gòu)成的板材。這實(shí)現(xiàn)了使稍后形成的部件的不同位置匹配于局部負(fù)載，否則會需要額外的加強(qiáng)件。由此使相關(guān)部件的重量減輕。進(jìn)一步，節(jié)約了制造費(fèi)用。板材的連接通常作為對焊通過激光焊接進(jìn)行。這樣的板材稱作“拼焊板”或“激光拼焊板”。通過有意地影響焊接工藝，特別是在接合工藝之后由用水對焊縫進(jìn)行急劇冷卻，對焊縫進(jìn)行了硬化，由此降低了焊縫的易斷性(避免了硬度下降)并提高了它的強(qiáng)度，至少調(diào)整出與母體金屬同樣的強(qiáng)度。如果將拼焊板通過熱成型成型為三維零件，那么焊縫的構(gòu)造由于對經(jīng)焊接的半成品的熱處理得到均質(zhì)化。由于不利的冷卻條件或成型工具和工件之間缺乏的形狀配合度，會發(fā)生奧氏體至馬氏體的不完全轉(zhuǎn)化，并發(fā)生共析的鐵素體析出，結(jié)果為相對于母體金屬的硬度損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種制造定制的、待熱成型的扁鋼制品的以及相應(yīng)的作為半成品的扁鋼制品的方法，用該方法實(shí)現(xiàn)了，使待連接鋼板的焊縫強(qiáng)度相對于母體金屬至少調(diào)整至同樣水平，從而阻止在加熱至奧氏體溫度的熱成型過程之后焊縫的硬度下降。通過具有權(quán)利要求1的特征的方法，或通過具有權(quán)利要求12特征的扁鋼制品(半成品)實(shí)現(xiàn)了該目的。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，在焊接工藝之前在待彼此焊在一起的鋼板或金屬帶的至少一個(gè)焊縫上至少局部地涂覆上粘性液體，特別是膏體，或者固體的、粉末狀或者氣溶膠狀物質(zhì)，該物質(zhì)包括有提高待生成焊縫的強(qiáng)度的組分。通過引入至少一個(gè)提高待生成焊縫強(qiáng)度的組分，經(jīng)至少一個(gè)限定接合縫的鋼板邊棱，在液態(tài)焊接熔液池中有意地制造出了在化學(xué)組分上不同的、相對于連接的母體金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的初級結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在焊接工藝中在急劇冷卻之后(例如用水進(jìn)行淬火)，在熱成型工藝中加熱之后(在奧氏體溫度之上進(jìn)行熱處理)，并在成型工藝中冷卻之后(直接熱成型或壓制淬火)，但也在間接熱成型的工藝步驟中，優(yōu)選具有一個(gè)比通過焊接連接上的母體金屬更硬的次級結(jié)構(gòu)，但是至少具有同樣硬的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品(半成品)相應(yīng)的特征在于，使它的焊縫在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，優(yōu)選具有比通過焊接相連的鋼板或鋼帶更硬的結(jié)構(gòu)，其中，該結(jié)構(gòu)至少是同樣硬的。
實(shí)驗(yàn)給出了，在激光焊接時(shí)，焊縫的強(qiáng)度通過將碳引入焊接熔液池而得到提高。本發(fā)明的方法的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案給出了，作為粘性液體使用油、特別是礦物油，和/或油脂。該含碳液體或固體、粉末狀或氣溶膠狀物質(zhì)，該至少一種提高待生成焊縫強(qiáng)度的組分，優(yōu)選含碳的組分，可以相對廉價(jià)地獲得并可非常簡單地引入液體焊接熔液池。本發(fā)明的方法的另一有利的設(shè)計(jì)方案的特征在于，作為粘性液體使用這樣的液體，其中分散有石墨顆粒。以這種方式，可以使碳以可變的濃度，特別是以相對高的濃度引入液體焊接熔液池。該引入再次地可以很簡單地實(shí)現(xiàn)，例如通過沿著接合縫引導(dǎo)的流體導(dǎo)管，并在同一焊縫上產(chǎn)生間隔地匯入焊接鋼。流體導(dǎo)管原則上可以實(shí)施為抗彎的，從而使它作為機(jī)械觸動(dòng)件用于沿著接合縫引導(dǎo)焊接鋼。用至少一個(gè)提高焊縫強(qiáng)度的部件涂覆粘性液體可以與真正的焊接工藝時(shí)間上分離地、在不依賴于焊接裝置的處理站中進(jìn)行。優(yōu)選使粘性液體或固體的、粉末狀或氣溶膠狀的物質(zhì)，含有至少一種提高焊縫強(qiáng)度的元素，優(yōu)選為碳的涂覆“嵌入式地”進(jìn)行，即，作為焊接裝置的共同運(yùn)行的或前置的處理進(jìn)行。通過在焊接鋼的工作點(diǎn)附近涂覆液體，可靠地引入了粘性液體，并盡可能避免液體損失。鑒于有意地將提高強(qiáng)度的元素引入至液體焊接熔液池，以及少量消耗含有該元素的液體，有利的是，根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案，該液體具有高粘度的或膏體狀的稠度。含有提高強(qiáng)度的元素的液體的動(dòng)力學(xué)粘度在20°c的室溫下為至少50X10_6m2/s，優(yōu)選至少100X l(T6m2/s，特別優(yōu)選至少500Xl(T6m2/s。本發(fā)明的方法的另一有利的設(shè)計(jì)方案提供了，鑒于物質(zhì)的碳含量這樣選擇液體或固體的、粉末狀或氣溶膠狀材料，從而使焊縫在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，優(yōu)選具有這樣的強(qiáng)度，其至少等于，優(yōu)選至少以lOOMPa，特別優(yōu)選以200MPa高于通過焊接連接的鋼板或鋼帶的強(qiáng)度。特別提供了，鑒于物質(zhì)的碳含量這樣選擇和/或調(diào)整粘性液體或固體的、粉末狀或氣溶膠狀材料，從而使焊縫在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，具有這樣的強(qiáng)度，其位于1500MPa至2000MPa，優(yōu)選位于1700MPa至1900MPa范圍。作為替代可以使用固體物質(zhì)，例如以線的形式然而也可以使用粉末狀或氣溶膠狀的物質(zhì)，其適用于，優(yōu)選提高待生成焊縫的強(qiáng)度。本發(fā)明的方法的其他優(yōu)選且有利的設(shè)計(jì)方案以及根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品在從屬權(quán)利要求中給出。


下面，參照附圖進(jìn)一步闡明本發(fā)明。附圖中圖1以側(cè)視圖示出了激光焊接裝置；圖2以立體圖示出了激光焊接裝置和兩塊對焊的鋼板。
具體實(shí)施例方式在附圖中示出了激光焊接機(jī)的部分，即聚焦頭(處理頭)2的進(jìn)給裝置I和與其相連的、用于涂覆粘性的、優(yōu)選高度粘性的液體的引導(dǎo)裝置3，該液體含有提高待生成的焊縫10的強(qiáng)度的組分，優(yōu)選含有碳。該液體涉及含有碳的油脂膏體、高粘度的油(礦物油)或石墨分散系。該石墨分散系由精細(xì)磨制的、分散在油中的石墨構(gòu)成。油或含碳的液體經(jīng)流體管道4引導(dǎo)，該流體管道在焊接方向上置于激光射線6的工作點(diǎn)(焦點(diǎn))5之前，并在接合縫7匯聚，該接合縫通過待彼此焊接在一起的鋼板8、9限定。流體管道4基本上形成為抗彎的，并同時(shí)作為機(jī)械觸動(dòng)件和引導(dǎo)件起作用，用于沿著接合縫引導(dǎo)激光射線6。待彼此焊接在一起的鋼板8、9涉及不同材料等級和板厚的鋼板或鋼帶。它們優(yōu)選由錳-硼鋼構(gòu)成，例如由22MnB5型鋼構(gòu)成。該可調(diào)質(zhì)鋼具有熱成型后出色的力學(xué)強(qiáng)度特性。由鋼板8、9構(gòu)成的扁鋼制品(拼焊板)接著通過熱成型成型為三維部件，例如成型為車輛門板。通過以高粘度油或液體形式經(jīng)鋼板8、9的相鄰切邊將碳和/或另一提高焊縫10強(qiáng)度的元素引入焊接熔液池11，制成了在化學(xué)成分上相對于與其連接的鋼板8、9的材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的初級結(jié)構(gòu)。同時(shí)，優(yōu)選地通過使用混合氣方法混合熔焊焊縫金屬。焊縫10的以這種方式發(fā)生變化的初級結(jié)構(gòu)在激光焊接工藝中進(jìn)行冷卻(淬火)、在熱成型工藝中加熱至高于奧氏體溫度的溫度，并在接著的冷卻之后具有至少硬度同等的、優(yōu)選比通過焊接連接的母體金屬更硬的次級結(jié)構(gòu)。這適用于熱成型工藝(直接壓制淬火)中接著的冷卻，也適用于間接熱成型(間接成型淬火)。對于油或者含碳的液體鑒于其碳含量這樣進(jìn)行選擇和/或調(diào)整，即，焊縫10在焊接過程中急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，具有這樣的強(qiáng)度，其位于1500MPa至2000MPa，優(yōu)選位于1700MPa至1900MPa范圍。焊縫10在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，具有這樣的強(qiáng)度，其至少等于，優(yōu)選至少以lOOMPa，特別優(yōu)選以200MPa高于通過焊接連接的鋼板或鋼帶8、9的強(qiáng)度。為此，焊縫10中碳的質(zhì)量份額提高到O. 25至O. 4重量％，優(yōu)選提高到O. 30至O. 40重量％。在焊縫10中碳含量的局部提高保留在所有的后繼的熱處理中，前提是焊縫10不會重新回到熔液狀態(tài)。由此，通過對焊縫10的熱處理，在該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)硬度相同的、優(yōu)選更硬的結(jié)構(gòu)。為接納更高的碳含量，在焊縫10或焊縫的限定區(qū)域更高的碳提供量造成了在生成熔液相過程中的奧氏體，由此，在焊縫10中或激光焊縫的限定區(qū)域存在用于淬火的富含碳的奧氏體，這會表現(xiàn)為改善的硬化。特別是在壓制幾何高度復(fù)雜的部件時(shí)，成型工具的設(shè)計(jì)在形狀配合的制造方面存在限定條件。在這樣的情況下，有意地使焊縫的臨界區(qū)域以更高的碳含量制成合金，從而在焊縫10中制成馬氏體并不依賴于形狀配合性和冷卻速率。焊縫區(qū)域的有意的硬化(在制造完成的部件中限定出預(yù)定斷裂位)可以在結(jié)構(gòu)上通過本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)。可以考慮，在應(yīng)用本發(fā)明的方法時(shí)，焊縫區(qū)域的設(shè)計(jì)由于特別的負(fù)載具有特別高的強(qiáng)度。通過本發(fā)明的方法，提供有相對廉價(jià)的方法，來(局部地)得到焊縫10的不同的性能。本發(fā)明的實(shí)施不限于前述實(shí)施例。還可以考慮諸多變體，可以利用本發(fā)明所附的權(quán)利要求中變化的設(shè)計(jì)。因此在本發(fā)明的范圍內(nèi)，為涂覆高粘度的油或高粘度含碳液體，可以代替匯聚在接合縫7的流體導(dǎo)管4使用涂覆輥。同樣，可以實(shí)現(xiàn)固體物質(zhì)、粉狀或氣溶膠狀物的涂覆，由此可以在激光焊接時(shí)有意地調(diào)整焊縫的參數(shù)和性質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種制造扁鋼制品的方法，用所述方法將不同厚度和/或材料等級的鋼板或鋼帶沿著通過鋼板或鋼帶的邊棱形成的接合縫(7)彼此焊接在一起，其特征在于，在焊接過程之前，在彼此待焊接的鋼板或鋼帶(8、9)的至少一個(gè)焊接邊棱至少局部涂覆粘性液體，特別是膏體，或者固體的、粉末狀的或者氣溶膠狀的材料，所述材料含有提高待生成焊縫(10)的強(qiáng)度的組分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為粘性液體使用油，特別是礦物油和/或油脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為粘性液體使用這樣的液體，在其中分散有石墨顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過涂覆粘性液體或者固體的、粉末狀的或者氣溶膠狀的材料，所述焊縫(10)中碳的質(zhì)量份額提高至0. 25至0. 40重量％，優(yōu)選提高至0. 30至0. 40重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述液體或者固體的、粉末狀的或者氣溶膠狀的材料鑒于它們的/它的碳含量這樣進(jìn)行選擇和/或調(diào)整，從而使所述焊縫(10)在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，具有與通過焊接相連的鋼板或鋼帶(8、9)至少同樣硬，優(yōu)選更硬的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述液體或者固體的、粉末狀的或者氣溶膠狀的材料鑒于它們的/它的碳含量這樣進(jìn)行選擇和/或調(diào)整，從而使所述焊縫(10)在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后，具有與通過焊接相連的鋼板或鋼帶(8、9)至少同樣硬，優(yōu)選以至少lOOMPa，特別優(yōu)選以至少200MPa更硬的強(qiáng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述液體或者固體的、粉末狀的或者氣溶膠狀的材料鑒于它們的/它的碳含量這樣進(jìn)行選擇和/或調(diào)整，從而使所述焊縫在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后具有位于1500MPa至2000MPa范圍，優(yōu)選位于1700MPa至1900MPa范圍的強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為待彼此焊接在一起的鋼板或鋼帶(8、9)，使用由錳-硼-鋼構(gòu)成的鋼板或鋼帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，粘性液體的涂覆作為同時(shí)進(jìn)行的處理步驟在焊接以外進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，彼此焊接在一起的鋼板或鋼帶(8、9)接著，必要時(shí)在一次或數(shù)次剪邊之后，通過熱成型成型為三維部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，含有提高強(qiáng)度的組分，優(yōu)選含有碳的液體在20°C的環(huán)境溫度條件下具有至少50 X 10_6m2/s，優(yōu)選至少100 X 10_6m2/s，特別優(yōu)選至少500X10_6m2/s的動(dòng)力學(xué)粘度。
12.—種扁鋼制品，其用于制造熱成型部件，并由彼此沿著接合縫(7)焊接在一起的、具有不同厚度和/或材料等級的鋼板或鋼帶(8、9)組成，其特征在于，其焊縫(10)在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后具有與通過焊接相連的鋼板或鋼帶(8、9)至少同樣硬，優(yōu)選更硬的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的扁鋼制品，其特征在于，所述焊縫(10)在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后具有與通過焊接相連的鋼板或鋼帶(8、9)至少同樣硬，優(yōu)選以至少lOOMPa，特別優(yōu)選以至少200MPa更硬的強(qiáng)度。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的扁鋼制品，其特征在于，所述焊縫(10)在急劇冷卻、加熱至奧氏體溫度以上的溫度、以及重新急劇冷卻之后具有位于1500MPa至2000MPa范圍，優(yōu)選位于1700MPa至1900MPa范圍的強(qiáng)度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，所述焊縫(10)中碳的質(zhì)量份額為至少0. 25至0. 40重量％，優(yōu)選至少0. 30至0. 40重量％。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，待彼此焊接在一起的鋼板或鋼帶(8、9)是由錳-硼-鋼構(gòu)成的鋼板或鋼帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造扁鋼制品的方法，用該方法將不同厚度和/或材料等級的鋼板或鋼帶(8、9)沿著通過鋼板或鋼帶(8、9)的邊棱形成的接合縫(7)彼此焊接在一起。為了實(shí)現(xiàn)，使這樣的扁鋼制品的焊縫(10)在加熱至奧氏體溫度的熱成型過程中不會丟失通過急劇冷卻得到的經(jīng)淬火結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提供了，在焊接過程之前，在彼此待焊接的鋼板或鋼帶(8、9)的至少一個(gè)焊接邊棱至少局部涂覆粘性液體，特別是膏體，或者固體的、粉末狀的或者氣溶膠狀的材料，該材料含有提高待生成焊縫(10)的強(qiáng)度的組分。進(jìn)而，還要求保護(hù)相應(yīng)地形成的扁鋼制品。
文檔編號B23K31/02GK103003022SQ201180022370
公開日2013年3月27日 申請日期2011年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月3日
發(fā)明者馬克斯·勃蘭特, 克里斯蒂安·博特, 迪特馬爾·沙夫廷格爾, 克里斯蒂安·多恩沙伊特 申請人:蒂森克虜伯激光拼焊板有限公司