[发明专利]一种高速激光填丝焊接高强双相钢薄板的工艺

说明书

一种高速激光填丝焊接高强双相钢薄板的工艺，本发明焊接的主要工艺参数为：用光纤Nd:YAG激光器填丝对接焊，焊缝预制对接间隙为0.2～0.4mm，聚光镜焦距为15cm，离焦距离为‑3～3 mm，激光功率控制在1.8～6kW，焊接速度为24～60mms^‑1，焊丝直径为0.6～1.0mm，送丝速度为20～240 mms^‑1。本发明焊缝焊接区域很窄，少于0.65 mm，余高很小；焊缝区为粗大马氏体组织；焊接热影响区以细小马氏体组织为主，含有少量铁素体。焊接接头部分硬度在350～450HV0.1，焊接接头拉伸强度接近甚至超过母材。由于快速冷却马氏体强化和合金强化的作用，使得焊接接头硬度和强度大大提高。

技术领域

本发明采用高速激光填丝焊对高强度双相钢进行热传导焊接，进而改善焊接件力学性能的方法，属于特种焊接领域。

技术背景

双相钢作为以相变为基础的先进高强钢，是通过控制冷却速度获得铁素体软相和马氏体（或贝氏体）硬相的双相组织，其具有良好的强度和塑性综合性能，符合汽车的轻量化要求，已广泛应用于汽车制造业中，车身结构采用双相钢不仅可以减轻车身质量、降低油耗，而且能增大车身结构的抗凹陷能力；非车身结构采用双相钢明显提升悬挂件以及车轮的强度和疲劳性能。汽车零部件一般需要通过焊接方式进行连接。目前汽车生产中应用最多的焊接方法是电阻点焊，但在某些点焊焊钳无法到达的部位(如车身大拐角处)，必须采用气体保护的熔化焊进行焊接。气体保护焊是指在焊接过程中，对焊接件通以惰性保护气体，使焊接形成的熔池与空气中的氧气相隔绝，以避免高温熔池和热影响区被氧化的焊接工艺。传统气体保护焊是一种具有电弧可见性高、密封性好和操作方便等特点的重要制造技术，但其存在残余应力和变形很大，以及焊缝组织和性能不均匀等问题。如图1和图2所示，传统的熔化极惰性气体保护(MIG)焊，以填充焊丝为电极，焊接1.1 mm厚的双相钢板的焊缝区的宽度为2.6mm，余高很大，抗拉强度仅为母材的70～75%。

而与MIG相比，激光焊是以高能量密度的激光束作为热源，直线照射到一个很小的点从而引发金属基体熔化的焊接方式。焊接过程中，部分基体汽化后在基体表面产生气流波，对焊接部位起到清洁作用。同时，熔池中心形成一个小凹形空腔（匙孔），当激光束向前焊接移动时，熔池中的熔体迅速流向凹形空腔，同时由于表面张力的作用，随着焊接的进行，空腔得到连续不断的填补，从而形成均匀的焊缝。焊接的同时加入填充金属（即焊丝）有利于避免出现热裂纹、咬边等缺陷，提高焊缝的连续性。

国内外学者对双相钢薄板(0.8～5 mm)的焊接技术展开了大量的研究工作，包括焊接工艺和焊接性，研究的侧重点在于焊接工艺参数对于组织和性能的影响，发现采用激光焊接双相钢会产生明显热影响区软化现象，导致焊后断裂发生在热影响区，而降低软化区尺寸和控制显微硬度降幅可以有效提高焊接接头强度。

Narasimhan采用CO₂激光器对1.2mm 厚的双相钢进行了激光拼焊，发现软化区宽度在2～4mm 之间，显微硬度较母材下降22%，拉伸试验和成形试验中断裂均发生在软化区；王金凤采用Nd:YAG激光器对 1.5mm厚DP1000钢进行焊接，试验发现软化区的宽度在1.2～2.0mm之间，显微硬度较母材下降20%，拉伸试验断裂也发生在软化区；W. Xu利用光纤和二极管传输两种激光器对比研究了DP980双相钢的组织力学性能，通过研究发现光纤激光焊接的DP980双相钢的热影响区及软化宽度比二极管激光焊窄，硬度值较高；贾强利用光纤激光器焊接1.2mm厚DP980钢，焊接接头软化区变窄，其宽度在1mm以下，显微硬度降幅小，约为15%。

发明内容

针对采用传统焊接方法连接双相钢时，易造成焊接区出现的软化问题，本发明采用一种含Cu、Mo、V等元素的焊丝和高能快速激光焊接技术，提供优化的激光焊接工艺参数，以改善双相钢接头力学性能，目的是获得不低于双相钢母材的焊接接头强度和硬度，从而满足该钢材在汽车、轨道交通、海洋运输等应用要求，实现结构轻量化的节能降耗意义。