[发明专利]高强度钢叠层激光点焊方法

说明书

一种高强度钢叠层激光点焊方法，步骤包括：将两件或者以上的钢工件叠加形成叠层组合，钢工件基体为QP钢、厚度小于3.0mm；在待焊位置周围设置吹气口，所述吹气口呈扁平状，吹气口出气方向与焊接表面大致平行，吹气口与焊接表面垂直距离在0～100mm之间，使用压缩空气气源，气体流量15～50L/min；使激光束沿着预设的扫描路径作用在叠层组合上表面，设置焊接参数使激光束不穿透叠层组合下表面，通过热传导实现底部工件熔化与连接，最终形成的点状焊缝具有如下特征：叠层组合下表面发生熔化区域的面积不超过叠层组合上表面熔化区域面积的70％。本发明能够提高激光能量利用率、保证焊接质量一致性，提升接头性能。

技术领域

本发明属于高强度钢激光焊接领域，具体是一种高强度钢叠层激光点焊方法。

背景技术

在汽车制造业，减轻汽车重量以实现节能减排、提高汽车的碰撞安全性等需求促使了更高强度钢在车身制造中的应用。

在汽车结构中，通常将多层钢板叠加组成叠层组合，需要对不同的叠层钢板组合进行焊接以实现车体或零部件的制造。现有生产方法使用电阻点焊技术，需要较高的焊接电流，生产效率较低，并且针对高强钢焊接存在质量问题无法解决。激光焊接技术是一种将激光束作用在焊接材料表面，利用激光能量熔化材料实现焊接的方法，具有单面焊接、可达性好、无需接触、焊接效率高、焊接变形小、易于实现自动化控制等优点。

一般地，利用激光束对叠层钢板组合进行焊接时，需要提供足够的激光能量，例如较高的激光功率，以实现叠层组合完全焊透，保证焊接接头的性能。但是高强度钢，尤其是第二代、第三代高强度汽车用钢，由于钢材基体合金元素含量较高，或者经过比较复杂、精细控制的热处理工序，对于热作用比较敏感；而在激光焊接过程中材料原有的组织状态被破坏、较高的合金元素含量造成焊缝元素偏析等问题，最终导致焊接接头性能较差，限制了更高强度钢板的应用和激光焊接技术的推广。

以第三代高强钢QP钢为例，材料的基体组织主要是板条马氏体和残余奥氏体，其中残余奥氏体在材料变形过程中发生相变诱发塑性，极大地提高了钢材的塑性。而在激光焊接过程中，材料被完全熔化然后冷却凝固导致焊缝中残余奥氏体含量急剧降低，同时由于温度梯度和组织相变引起焊缝和热影响区存在较大的热应力，最终导致焊接接头性能差，强度和塑性均处于较低的水平，难以满足生产应用的条件。

值得注意的是，面对超高强度钢，比如QP1180(抗拉强度1200MPa左右)，使用汽车钢焊接常用的电阻点焊(一种利用叠层材料之间的接触电阻在大焊接电流下产热实现焊接的双面焊接方法)也无法获得高质量的焊接接头。因此，亟需一种有效的焊接方法，以解决上述焊接问题，促进QP钢等高强度钢以及激光焊接技术的应用。

发明内容

本发明所公开的方法是为了解决上述问题，以实现高强度钢叠层组合激光焊接和应用。

本发明采用的技术方案是：

一种高强度钢叠层激光点焊方法，包括以下步骤：

将两件或者以上的钢工件叠加形成叠层组合，其中至少一件钢工件的材料为高强度钢，该高强度钢的抗拉强度不低于600MPa；

在叠层组合的待焊位置周围设置吹气口，该吹气口的出气方向与焊接表面平行，且气体流量10～50L/min；

使激光束沿着预设的扫描路径作用在叠层组合上表面，设置焊接参数使激光束不穿透叠层组合的下表面，通过上层工件的热传导实现底部工件熔化与连接，最终形成的点状焊缝具有如下特征：叠层组合下表面发生熔化区域的面积不超过叠层组合上表面熔化区域面积的70％。

所述激光束扫描路径具有循环重复特征，使激光束扫描在后路径时处于在前路径扫描所形成的焊缝或者熔池中。

所述扫描路径为等距螺旋线，螺旋线的绕圈数量N，且N≥8个，所述螺旋线相邻间距L小于激光束聚焦光斑直径。