[发明专利]用γ化元素以及含小于10%的氮气或氧气的气体对镀铝钢件的电弧/激光混合焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于焊接包含铝基表面镀层（特别是铝/硅镀层）的钢件/钢制工件的激光/电弧混合焊接方法，该方法使用包含一种或多种γ化元素的焊丝，并且优选地使用由氩气和/或氦气以及小比例的氮气或氧气形成的保护气体。

背景技术

称为镀铝钢的特定钢材（诸如USIBOR^TM钢材）因为镀有铝或者镀有铝基合金，在热拉伸之后具有很高的机械性能，并且因此为了减轻重量，这种钢材越来越多地用于汽车制造领域。

具体地，这些钢材设计为热处理后在热拉伸操作期间淬火，由此得到机械性能使得能够与标准高屈服强度钢相比非常显著地减轻车辆的重量。这些钢主要用于制造缓冲梁、车门加强件、中心柱、车窗柱等。

文件EP-A-1878531建议使用激光/电弧混合焊接方法焊接这种类型的镀铝钢。在现有技术中激光/电弧混合焊原理是众所周知的。

然而，在实践中已发现：在镀有铝或者镀有铝合金（特别是铝/硅的合金）的钢件经受混合焊接操作（该混合焊接操作使用由氦气/氩气混合气体形成的保护气氛）以及焊后热处理（该焊后热处理包括在920℃下进行热拉伸然后在拉拔工具中进行淬火（30℃/s））之后，在焊接接头处经常出现比母材金属和焊缝金属区域的拉伸强度小的相（区）。

具体地，在由此而得到的焊缝中该带有低拉伸强度的相构成易碎区，如下文将解释的。这些较易碎的区域以白色相区群岛的形式出现在马氏体区域中，这些白色相区聚集有来自于表面层的铝。

分析显示，所述相包含大比例的铝（大于2%），这将阻止在其预拉伸热处理阶段出现钢的奥氏体转变，也就是说，该相以铁素体的形式保持，并且结果是该相比工件的经历了马氏体/贝氏体转变的剩余部分软。

在焊接、拉伸和随后的热处理之后，在接头的机械性能试验期间，没有进行马氏体转变的相区会导致焊接接头破裂或者甚至切断，这是因为焊缝的这些区域包含铝并且它们的强度比沉积金属的强度低。

发明内容

所面对的问题是如何提供一种电弧/激光混合焊方法，该方法能够提高在用于焊接镀有包括铝的镀层的钢件的操作期间形成的焊缝的机械性能。更加具体地，该问题是如何在热拉伸（典型地在大约920℃下进行热拉伸）和在拉拔工具中进行淬火（典型地是800℃和500℃之间的大约30℃/s的冷却速率）之后在焊缝金属区域（也就是，在焊缝中）获得均匀的马氏体微结构。

本发明的技术方案因此是一种使用在单个焊接熔池中组合在一起的电弧和激光束和使用保护气体的激光/电弧混合焊接方法，其中，在所述焊接熔池中焊缝金属通过熔化可消耗焊丝来提供，所述焊接熔池形成在包括铝基表面镀层的至少一个钢件中，其特征在于，所述可消耗焊丝包含重量含量至少3%的一种或多种γ化元素（éléments gamagènes，奥氏体化元素），并且所述保护气体由氦气和/或氩气以及体积含量至少10%的作为附加成分的氮气或氧气形成。

根据情况，本发明的方法可以包括一个或多个如下的特征:

-所述γ化元素选自碳（C）、锰（Mn）、镍（Ni）和氮（N）；

-所述可消耗焊丝至少包含Mn；

-特别是对于金属芯焊丝而言，所述γ化元素可以以金属或合金的形式来提供，例如是包含碳的铁合金或者石墨（对于碳而言）、电解锰或者铁合金（对于锰而言）、元素镍、或者是包含氮的铬铁合金（对于氮而言）；

-所述可消耗焊丝包含从C、Mn、Ni和N中选择的多个γ化元素；

-所述可消耗焊丝包含重量含量至少5%的一种或多种γ化元素；

-所述可消耗焊丝包含重量含量至多约20%的γ化元素；

-所述可消耗焊丝此外包含铁；

-所述焊丝是带芯焊丝，特别是金属芯焊丝，或者实心焊丝；

-所述保护气体包含氦气和氩气的混合气体；

-所述保护气体由氦气和/或氩气以及体积含量小于9%的氮气或氧气形成，优选氮气，是因为在气体中氮气的存在特别地能够提供额外的γ化元素；

-所述保护气体包含体积含量至少2%的所述至少一种附加的氧气或者氮气成分；

-所述保护气体包含体积含量至少4%的作为附加成分的氮气；

-所述保护气体包含体积含量至少5%的作为附加成分的氮气；

-所述保护气体包括体积含量至多8%的作为附加成分的氮气；

-所述保护气体包括体积含量至少5.5%以及至多7.5%的氮气；

-在所使用的保护气体中，在氩气中或者在氦气/氩气混合气体中加入大约6%至7%的氮气；