本發(fā)明涉及激光焊接技術領域，尤其是涉及一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法。
背景技術：
伴隨著世界汽車保有量的與日俱增，能源短缺、環(huán)境污染等一系列問題也日益突出。節(jié)能減排已成為世界汽車工業(yè)界亟待解決的問題。據(jù)統(tǒng)計，若汽車整車重量降低10％，燃油效率可提高6％～8％；汽車整備質量每減少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽車重量降低1％，油耗可降低0.7％。超高強度鋼在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面具有明顯的優(yōu)勢，能夠滿足減輕汽車重量和提高碰撞安全性能的雙重需要。因此，超高強鋼是汽車領域中在材料減重方面滿足車身輕量化及提高碰撞性的最佳選擇，也被越來越廣泛的應用到車身的制造中。
熱成形鋼作為一種典形的超高強汽車用鋼，主要用于汽車上B柱、防撞梁等安全件的制造。現(xiàn)有技術為防止熱成形鋼在熱沖壓成形過程中表層被氧化，通常將Al-Si鍍層鍍在鋼板表面，然而該鍍層卻導致該鋼的焊接帶來非常大的困難：Al-Si鍍層在焊接過程中熔化后會進入焊縫，形成脆性的金屬間Fe-Al化合物，同時影響焊縫相變規(guī)律導致鐵素體的形成，使得焊縫的強度和韌性均無法滿足要求。因此，現(xiàn)有技術通常采用機械剝離、激光燒蝕、噴丸等方式先去除表面鍍層，再進行焊接用于避免鋁層與合金層帶來的影響，但這種方法工序繁多，大大降低了生產(chǎn)效率。
專利201380001259.1公布了一種利用填充焊絲(C含量比基材高0.1％～0.8％wt、Mn含量比基材高1.5％～7.0％wt)來抑制焊縫區(qū)內鐵素體相變的發(fā)生，實現(xiàn)了不需要去除Al-Si鍍層直接進行激光拼焊，并且能夠獲得高質量的不同材料或厚度的拼焊板。但是，該方法是通過添加焊絲來實現(xiàn)焊接，顯然，對于實際應用而言，正是由于使用焊絲、增加送絲機、激光束與送絲機匹配等，使得生產(chǎn)成本顯著提高。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，方法簡單、成本低、抗剪強度高。
本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：
使用激光焊接設備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護氣體的條件下進行拼焊；所述保護氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。
優(yōu)選的，所述保護氣體中惰性氣體占混合氣體的體積百分比為78％～95％；所述氧氣和二氧化碳的一種或兩種占混合氣體的體積百分比為5％～22％。
優(yōu)選的，所述惰性氣體選自氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氮氣中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述保護氣體的流量為10～15L/min。
優(yōu)選的，所述激光焊接設備的激光功率為500～5000W；激光束掃描速率為0.8～3.0m/min。
優(yōu)選的，所述激光焊接設備為光纖激光器、半導體激光器或二氧化碳激光器。
優(yōu)選的，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度為0.8～2.0mm。
優(yōu)選的，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的布置形式為對接；所述對接的兩塊鋼板之間的焊縫寬度小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～20％。
優(yōu)選的，所述拼焊前包括預處理，所述預處理為使用溶劑清洗所述鋼板。
優(yōu)選的，所述溶劑選自丙酮和乙醇中的一種或幾種。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：使用激光焊接設備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護氣體的條件下進行拼焊；所述保護氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。本發(fā)明在拼焊過程中，采用氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體作為保護氣體，提高了焊接熔池中的氧分壓，進行使得進入焊接熔池中的Al元素與氧元素結合形成Al2O3，抑制Al與Fe元素形成金屬間化合物和影響奧氏體相變，最終獲得全板條馬氏體組織的焊縫區(qū)，焊縫的抗剪強度達到母材水平。該方法無需添加焊絲，也無需焊前去除鍍層，方法簡單、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：
使用激光焊接設備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護氣體的條件下進行拼焊；所述保護氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。
本發(fā)明使用激光焊接設備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護氣體的條件下進行拼焊。
在本發(fā)明中，所述拼焊前優(yōu)選包括預處理，所述預處理為使用溶劑清洗所述鋼板。
在本發(fā)明中，所述溶劑優(yōu)選選自丙酮和乙醇中的一種或幾種。
本發(fā)明在拼焊前僅僅需要使用溶劑清洗鋼板表面油污即可，無需采用機械剝離或激光燒蝕等方法去除鋼板表面的Al-Si鍍層，方法簡單，成本低。
在本發(fā)明中，焊接前，優(yōu)選將清洗后的鋼板進行布置，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的布置形式為對接；所述對接具體為：
將凈化處理的鋼板置于工作臺上，使用焊接夾具使得兩塊鋼板緊密接觸。
本發(fā)明對于所述工作臺和焊接夾具不進行限定，本領域技術人員熟知的焊接工作臺和焊接夾具即可。
在本發(fā)明中，所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度優(yōu)選為0.8～2.0mm；更優(yōu)選為1～1.8mm。
在本發(fā)明中，所述對接的兩塊鋼板之間的焊縫寬度優(yōu)選小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～20％；更優(yōu)選小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～18％；最優(yōu)選小于所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板的厚度的10％～15％。
上述特定的對接設置更有利于最終鋼板的強度；上述焊縫的大小更有利于焊接后的熔融相連。
對接后，使用激光焊接設備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護氣體的條件下進行拼焊。
所述拼焊優(yōu)選具體為：采用激光設備在保護氣體條件下，采用激光照射鋼板對接處，融化鋼板對接處，使得對接處發(fā)生液化、凝固以及冷卻形成最終的焊縫。
本發(fā)明所述帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板為本領域技術人員熟知的熱沖壓后的帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板，本發(fā)明對此并無特殊限制。
本發(fā)明對于所述具體的拼焊方式不進行限定，本領域技術人員熟知的具體的拼焊方式即可。
在本發(fā)明中，所述激光焊接設備優(yōu)選為光纖激光器、半導體激光器或二氧化碳激光器；更優(yōu)選為光纖激光器。
在本發(fā)明中，所述激光焊接設備的激光功率優(yōu)選為500～5000W；更優(yōu)選為1000～4000W；所述激光束掃描速率優(yōu)選為0.8～3.0m/min；更優(yōu)選為1～3.0m/min；最優(yōu)選為2～3.0m/min。
在本發(fā)明中，所述保護氣體中惰性氣體占混合氣體的體積百分比優(yōu)選為78％～95％；更優(yōu)選為80％～93％；最優(yōu)選為82％～90％；所述氧氣和二氧化碳的一種或兩種占混合氣體的體積百分比優(yōu)選為5％～22％；更優(yōu)選為7％～20％；最優(yōu)選為10％～18％。
在本發(fā)明中，所述氧氣和二氧化碳的體積比優(yōu)選為1：(2～3)。
在本發(fā)明中，所述保護氣體中除了惰性氣體、氧氣和二氧化碳，本發(fā)明還可以包括1％～2％的雜質氣體。本發(fā)明對于所述雜質氣體的種類不進行限定。
本發(fā)明的保護氣體還可以是空氣。
在本發(fā)明中，所述惰性氣體優(yōu)選選自氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣和氮氣中的一種或幾種，更優(yōu)選為氮氣。
在本發(fā)明中，所述保護氣體的流量優(yōu)選為10～15L/min；更優(yōu)選為11～14L/min。
由于激光焊接具有快速加熱和快速冷卻的特點，本發(fā)明通過調節(jié)保護氣體中氧氣和/或二氧化碳的比例，使得脫氧產(chǎn)物Al2O3和SiO2等的顆粒尺寸將會非常細小，均在1μm以下，將不會對焊縫質量產(chǎn)生影響。
本發(fā)明提供了一種帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法，包括：使用激光焊接設備將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼板在保護氣體的條件下進行拼焊；所述保護氣體包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體。本發(fā)明在拼焊過程中，采用氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混合氣體作為保護氣體，配合特定焊接工藝參數(shù)的選擇，使得鍍層中Al、Si與保護氣中的氧元素優(yōu)先形成尺寸在1μm以下的Al2O3和SiO2等，抑制Al與Fe元素形成金屬間化合物和影響奧氏體相變，最終獲得全板條馬氏體組織的焊縫區(qū)，焊縫的抗剪強度達到母材水平。該方法無需添加焊絲，也無需焊前去除鍍層，方法簡單、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明優(yōu)選采用以下方式對拼焊后的鋼材進行性能測定：
GB/T 2651-2008焊接接頭拉伸試驗方法。
為了進一步說明本發(fā)明，以下結合實施例對本發(fā)明提供的帶Al-Si鍍層熱成形鋼的激光拼焊方法進行詳細描述。
實施例1
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內部的組織為馬氏體；將焊接試驗板平放在焊接試驗臺上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對接處的組對間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對試驗板進行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護氣分別為85％N2+15％O2，氣體流量為10L/min.不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫區(qū)的顯微組織為板條馬氏體。焊縫區(qū)的冷彎性能滿足要求。
按照本發(fā)明所述的測定方式對拼焊后的鋼材進行性能測定，結果為：拼焊接頭的抗剪強度為1100MPa。
實施例2
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進行表面油污清洗，厚度1.5mm，鋼板的內部組織為板條馬氏體；將焊接試驗板平放在焊接試驗臺上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對接處的組對間隙為0.3～0.4mm；利用IPG 6kW光纖激光器對試驗板進行拼焊，光斑直徑為0.3mm，焊接速度為3.0米/分鐘，激光功率為4.0kW，保護氣為90％N2+10％CO2，氣體流量為13L/min，不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫內未出現(xiàn)明顯的軟化，焊縫內的顯微組織為板條馬氏體，無高溫鐵素體出現(xiàn)。
按照本發(fā)明所述的測定方式對拼焊后的鋼材進行性能測定，結果為：拼焊接頭的抗剪強度為1100MPa。
實施例3
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內部的組織為馬氏體；將焊接試驗板平放在焊接試驗臺上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對接處的組對間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對試驗板進行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護氣為空氣，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫區(qū)的顯微組織為板條馬氏體。焊縫區(qū)的冷彎性能滿足要求。
按照本發(fā)明所述的測定方式對拼焊后的鋼材進行性能測定，結果為：拼焊接頭的抗剪強度為1100MPa。
實施例4
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內部的組織為馬氏體；將焊接試驗板平放在焊接試驗臺上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對接處的組對間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對試驗板進行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護氣為85％N2+10％CO2+5％O2，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
焊后觀察焊縫宏觀形貌優(yōu)良，無明顯飛濺，且為全熔透焊縫。拉伸斷裂位置出現(xiàn)在母材區(qū)，焊縫區(qū)的顯微組織為板條馬氏體。焊縫區(qū)的冷彎性能滿足要求。
按照本發(fā)明所述的測定方式對拼焊后的鋼材進行性能測定，結果為：拼焊接頭的抗剪強度為1100MPa。
比較例1
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進行表面油污清洗，厚度1.2mm，機械剝離去除表面的Al-Si鍍層，鋼板內部的組織為馬氏體；將焊接試驗板平放在焊接試驗臺上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對接處的組對間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對試驗板進行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護氣為100％氮氣，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
按照本發(fā)明所述的測定方式對拼焊后的鋼材進行性能測定，結果為：拼焊接頭的抗剪強度為1050MPa。
比較例2
將帶Al-Si鍍層的熱成形鋼進行表面油污清洗，厚度1.2mm，鋼板內部的組織為馬氏體；將焊接試驗板平放在焊接試驗臺上，并用焊接夾具將樣品固定，保證對接處的組對間隙為0.1～0.3mm；
利用6kW光纖激光器對試驗板進行拼焊，光斑直徑為0.5mm，焊接速度為2.0米/分鐘，激光功率為3.5kW，保護氣為100％氮氣，氣體流量為15L/min，不添加焊絲施焊。
按照本發(fā)明所述的測定方式對拼焊后的鋼材進行性能測定，結果為：拼焊接頭的抗剪強度為820MPa。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。