通过激光电弧复合焊接来制造焊接接头的方法与流程

通过激光电弧复合焊接来制造焊接接头的方法
1.本发明涉及通过激光电弧复合焊接对金属基材进行焊接，特别是在金属基材中的至少一者为局部涂覆有焊剂以提高焊缝品质的钢基材的情况下。本发明还涉及相应的钢基材和用于制造钢基材的方法。本发明特别好地适用于建筑、造船、运输行业(铁路和汽车)、能源相关结构、油气和海上行业。
2.已知通过激光电弧复合焊接来焊接钢基材。该焊接技术结合了激光束焊接和电弧焊的原理。根据所使用的装置，存在四种主要类型的激光电弧复合焊接工艺：钨惰性气体(tig)(也称为气体保护钨极电弧(gta))、气体保护金属极电弧(gma)(有时由其子类型称为金属惰性气体(mig)或金属活性气体(mag))、等离子体电弧和埋弧(sa)。
3.激光工艺和电弧工艺的结合引起焊接熔深深度和焊接速度二者的增加(与单独的每个工艺相比)。然而，尽管存在这些改进，仍然对限制焊缝中裂纹发生和提高工艺稳定性并因此提高焊接熔深存在空间。
4.因此，需要改善由激光电弧复合焊接制成的焊缝的品质，并因此改善焊接的钢基材的机械特性。还需要提高激光电弧复合焊接的沉积速率和生产率。
5.为此，本发明涉及用于制造焊接接头的方法，所述方法包括以下顺序步骤：
6.i.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由至少一个斜边界定，其中所述斜边至少部分地涂覆有包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂层，所述纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物，以及
7.ii.通过处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接将至少两个金属基材沿至少部分经涂覆的斜边进行焊接。
8.根据本发明的方法也可以具有单独或组合考虑的以下列出的任选特征：
[0009]-钛酸盐选自：na2ti3o7、natio3、k2tio3、k2ti2o5、mgtio3、srtio3、batio3、catio3、fetio3和zntio4及其混合物，
[0010]-预涂层的厚度为10μm至140μm，
[0011]-预涂层中的纳米颗粒氧化物的百分比低于或等于80重量％，
[0012]-预涂层中的纳米颗粒氧化物的百分比高于或等于10重量％，
[0013]-纳米颗粒的尺寸为5nm至60nm，
[0014]-预涂层中的钛酸盐的百分比高于或等于45重量％，
[0015]-钛酸盐的直径为1μm至40μm，
[0016]-预涂层还包含粘结剂，
[0017]-预涂层中的粘结剂的百分比为1重量％至20重量％，
[0018]-激光电弧复合焊接的电弧选自埋弧、气体保护金属极电弧、气体保护钨极电弧和等离子体电弧。
[0019]-预涂层还包含选自微米颗粒氧化物和/或微米颗粒氟化物的微米颗粒化合物，
[0020]-预涂层还包含选自由ceo2、na2o、na2o2、nabio3、naf、caf2、冰晶石(na3alf6)及其混合物组成的列表的微米颗粒化合物。
[0021]
本发明还涉及用于制造经预涂覆的钢基材的方法，所述方法包括以下顺序步骤：
[0022]
a.提供钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由斜截角为1
°
至10
°
的至少一个斜边界定，
[0023]
b.在所述斜边上至少部分沉积包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂覆溶液，所述纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物。
[0024]
根据本发明的用于制造经预涂覆的钢基材的方法还可以具有单独或组合考虑的以下列出的任选特征：
[0025]-预涂覆溶液的沉积通过旋涂、喷涂、浸涂或刷涂来进行，
[0026]-在步骤b)中，预涂覆溶液还包含溶剂，
[0027]-在步骤b)中，预涂覆溶液包含1g/l至200g/l的纳米颗粒氧化物，
[0028]-在步骤b)中，预涂覆溶液包含100g/l至500g/l的钛酸盐，
[0029]-在步骤b)中，预涂覆溶液还包含粘结剂前体，
[0030]-所述方法还包括步骤b)中获得的经预涂覆的钢基材的干燥步骤。
[0031]
本发明还涉及钢基材，所述钢基材具有至少8mm的厚度并且由斜截角为1
°
至10
°
的至少一个斜边界定，其中所述斜边至少部分地涂覆有包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的预涂层，所述纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物。
[0032]
定义了以下术语：
[0033]-纳米颗粒是尺寸为1纳米(nm)至100纳米的颗粒。
[0034]-钛酸盐是指含有钛、氧和至少一种另外的元素例如碱金属元素、碱土元素、过渡金属元素或金属元素的无机化合物。它们可以呈其盐的形式。
[0035]
‑“
经涂覆的”意指钢基材至少局部覆盖有预涂层。所述覆盖可以例如限于钢基材将被焊接的区域。“经涂覆的”包含性地包括“直接在......上”(其间未设置有中间材料、元件或空间)和“间接在......上”(其间设置有中间材料、元件或空间)。例如，对钢基材进行涂覆可以包括将预涂层直接施加在基材上，其间没有中间材料/元件，以及将预涂层间接施加在基材上，其间具有一种或更多种中间材料/元件(例如防腐蚀涂层)。
[0036]
不希望受任何理论的束缚，认为预涂层主要改变焊接期间的熔池物理特性。似乎在本发明中，不仅化合物的性质，而且等于或小于100nm的氧化物颗粒的尺寸均改变电弧和熔池物理特性。
[0037]
事实上，首先进行的电弧使预涂层熔化并将预涂层以溶解物质的形式并入到熔融金属中，并以电离物质的形式并入到电弧中。由于电弧中钛酸盐和纳米颗粒的存在，电弧收缩且熔融金属池的温度升高。因此，通过激光冲击熔融金属池更容易形成锁孔，即钢基材中由其蒸发而引起的字面上的孔。这提高了过程效率。
[0038]
此外，溶解在熔融金属中的预涂层改变了马兰戈尼流(marangoni flow)，所述马兰戈尼流(marangoni flow)为由于表面张力梯度而引起的在液体-气体界面处的质量传递。特别地，预涂层的组分改变了表面张力沿界面的梯度。这种表面张力的改变导致流体流反向朝向焊池的中心。不希望受任何理论的束缚，认为纳米颗粒在比微米颗粒更低的温度下溶解，因此在熔池中溶解有更多的氧，这激活了反向马兰戈尼流(marangoni flow)。后者有助于保持适当的锁孔形状，这进而防止气体截留，并因此防止焊缝中的孔。
[0039]
此外，与纳米颗粒氧化物混合的钛酸盐改变了等离子体羽流与激光束的相互作用。特别地，由于预涂层的溶解而引起的氧的增加减少了激光束的散射。因此，激光光斑直径减小，同时锁孔效应增强。这允许能量束穿透得甚至更深，并非常有效地传送到接合点中。这增加了焊接熔深并使热影响区最小化，这进而限制部件变形。
[0040]
此外，由于预涂层的组分使表面张力随温度增加，因此焊接材料的润湿性沿比熔池中心更冷的斜面增加，这防止了夹渣。
[0041]
另外地，观察到纳米颗粒通过填充微米颗粒之间的间隙并覆盖微米颗粒的表面而改善了所施加的预涂层的均匀性。这有助于稳定焊弧，因此改善了焊接熔深和品质。
[0042]
参照示出了具有呈双y的斜边的基材的图1，通过阅读以下描述将更好地理解本发明，该描述仅仅是为了说明的目的而提供并且决不旨在为限制性的。
[0043]
预涂层包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物，所述纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物。换言之，预涂层包含钛酸盐和至少一种纳米颗粒氧化物，其中至少一种纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物。这意指预涂层不包含所列出的纳米颗粒氧化物之外的任何其他纳米颗粒氧化物。
[0044]
钛酸盐选自由碱金属钛酸盐、碱土钛酸盐、过渡金属钛酸盐、金属钛酸盐及其混合物组成的钛酸盐。钛酸盐更优选地选自：na2ti3o7、natio3、k2tio3、k2ti2o5、mgtio3、srtio3、batio3、catio3、fetio3和zntio4及其混合物。认为基于反向马兰戈尼流(marangoni flow)的效应，这些钛酸盐进一步增加了熔深深度。发明人理解所有钛酸盐在一定程度上表现相似并且增加熔深深度。因此所有钛酸盐都是本发明的一部分。本领域技术人员将根据具体情况知晓必须选择哪一种。为此，将考虑钛酸盐熔化和溶解的难易程度、其增加溶解氧含量的程度、钛酸盐的另外元素如何影响熔池物理特性和最终焊缝的显微组织。例如，natio7由于na的存在是有利的，na改善了熔渣形成和脱落。
[0045]
优选地，钛酸盐的直径为1μm至40μm，更优选为1μm至20μm，并且有利地为1μm至10μm。认为该钛酸盐直径进一步改善了电弧收缩和反向马兰戈尼效应(marangoni effect)。此外，具有小的微米级钛酸盐颗粒增加了可用于与纳米颗粒氧化物混合的比表面积，并使纳米颗粒氧化物进一步粘附至钛酸盐颗粒。其还使颗粒更容易喷洒。
[0046]
优选地，预涂层的干重中钛酸盐的重量百分比高于或等于45％，更优选地为45％至90％，并且甚至更优选地为45％至75％。
[0047]
纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物。这些纳米颗粒容易溶解在熔池中，为熔池提供氧，因此增加熔深深度并使防止缺陷的锁孔稳定。与其他氧化物(例如cao、mgo、b2o3、co3o4或cr2o3)相反，它们不趋于形成脆性相，它们不具有会防止热适当地使钢熔化的高耐火效应，并且其金属离子不趋于与熔池中的氧重新结合。
[0048]
优选地，纳米颗粒为sio2和/或tio2，并且更优选地为sio2和tio2的混合物。认为sio2主要增加熔深深度并且使熔渣去除容易，而tio2主要增加熔深深度并且形成改善机械特性的基于ti的夹杂物。
[0049]
纳米颗粒氧化物的混合物的其他实例为：
[0050]-氧化钇稳定的氧化锆(ysz)，其为其中通过添加氧化钇(y2o3)使二氧化锆(zro2)
的立方晶体结构在室温下稳定的陶瓷，
[0051]-la2o3、zro2和y2o3的1:1:1组合，其有助于调节耐火效应并促进夹杂物的形成。
[0052]
优选地，纳米颗粒的尺寸为5nm至60nm。认为该纳米颗粒直径进一步改善了涂层的均匀分布。
[0053]
优选地，预涂层的干重中纳米颗粒氧化物的重量百分比低于或等于80％，优选高于或等于10％，更优选为10％至60％，甚至更优选为20％至55％。在一些情况下，可能必须限制纳米颗粒的百分比以避免过高的耐火效应。知晓每种纳米颗粒的耐火效应的本领域技术人员将根据具体情况调整百分比。
[0054]
根据本发明的一个变体，在将预涂层施加在钢基材上并干燥后，预涂层由钛酸盐和纳米颗粒氧化物组成。
[0055]
根据本发明的另一个变体，预涂层还包含嵌入钛酸盐和纳米颗粒氧化物并改善预涂层在钢基材上的粘合性的至少一种粘结剂。这种改善的粘合性进一步防止在使用保护气体时预涂层的颗粒被这样的气体的流吹走。优选地，粘结剂是纯无机的，特别是避免有机粘结剂在焊接期间可能产生的烟气。无机粘结剂的实例为有机官能硅烷或硅氧烷的溶胶-凝胶。有机官能硅烷的实例为经特别是以下家族的基团官能化的硅烷：胺、二胺、烷基、氨基-烷基、芳基、环氧基、甲基丙烯酰基、氟烷基、烷氧基、乙烯基、巯基和芳基。特别优选氨基-烷基硅烷，因为它们极大地提高了粘合性并且具有长的储存期限。优选地，粘结剂以干燥的预涂层的1重量％至20重量％的量添加。
[0056]
根据本发明的另一个变体，预涂层还包含微米颗粒化合物，例如微米颗粒氧化物和/或微米颗粒氟化物，例如ceo2、na2o、na2o2、nabio3、naf、caf2、冰晶石(na3alf6)。对于以上列出的纳米颗粒氧化物中的一些，从纳米颗粒移至微米颗粒减轻了与使用这些氧化物中的一些相关的健康和安全问题。可以添加na2o、na2o2、nabio3、naf、caf2、冰晶石以改善熔渣形成，使得进一步防止夹渣。其还有助于形成可容易分离的熔渣。在预涂层的干重中，预涂层可以包含0.1重量％至5重量％的na2o、na2o2、nabio3、naf、caf2、冰晶石或其混合物。
[0057]
优选地，预涂层的厚度为10μm至140μm，更优选为30μm至100μm。
[0058]
预涂层至少部分地覆盖钢基材的一个斜边。斜边可以具有与激光电弧复合焊接相容的任何形状。出于本发明的目的，其仅由至少8mm的厚度限定，使得其与激光电弧复合焊接相容，并且通过斜边至少部分地焊接至另一个金属基材。根据样品的厚度，斜面可以具有单y或双y形状。斜截角优选地为1
°
至10
°
。较低的角度可能促进边缘熔合的缺乏，而较高的角度将需要更多的焊接道次来填充材料。当斜面具有双y形状时，斜截角是指每个y的角度。
[0059]
优选地，斜边被铣削使得粗糙度rz高于4μm，更优选为4μm至16μm。这样的粗糙度改善了预涂层在斜边上的粘合性。
[0060]
优选地，钢基材为碳钢。
[0061]
钢基材可以任选地在其侧面之一的至少一部分上涂覆有防腐蚀涂层。优选地，防腐蚀涂层包含选自以下的金属：锌、铝、铜、硅、铁、镁、钛、镍、铬、锰及其合金。
[0062]
在一个优选实施方案中，防腐蚀涂层为基于铝的涂层，所述基于铝的涂层包含小于15重量％的si、小于5.0重量％的fe，任选地0.1重量％至8.0重量％的mg和任选地0.1重量％至30.0重量％的zn，剩余部分为al和由制造过程产生的不可避免的杂质。在另一个优选实施方案中，防腐蚀涂层为基于锌的涂层，所述基于锌的涂层包含0.01重量％至8.0重
量％的al，任选地0.2重量％至8.0重量％的mg，剩余部分为zn和由制造过程产生的不可避免的杂质。
[0063]
优选地在钢基材的两侧上施加防腐蚀涂层。
[0064]
在工艺方面，在提供了钢基材后，在基材斜边上至少部分地施加预涂覆溶液以形成预涂层。
[0065]
预涂覆溶液包含如以上对于预涂层所描述的钛酸盐和纳米颗粒氧化物。特别地，其包含100g/l至500g/l的钛酸盐，更优选地175g.l-1
至250g.l-1
。特别地，其包含1g.l-1
至200g.l-1
的纳米颗粒氧化物，更优选地5g.l-1
至80g.l-1
。由于钛酸盐和纳米颗粒氧化物的这些浓度，借助于相应预涂层获得的焊缝的品质得到进一步改善。
[0066]
有利地，预涂覆溶液还包含溶剂。溶剂允许良好分散的预涂层。优选地，溶剂在环境温度下是挥发性的。例如，溶剂选自：水；挥发性有机溶剂，例如丙酮、甲醇、异丙醇、乙醇、乙酸乙酯、二乙基醚；和非挥发性有机溶剂，例如乙二醇。
[0067]
根据本发明的一个变体，预涂覆溶液还包含粘结剂前体以嵌入钛酸盐和纳米颗粒氧化物并且改善预涂层在钢基材上的粘合性。优选地，粘结剂前体为至少一种有机官能硅烷的溶胶。有机官能硅烷的实例为经特别是以下家族的基团官能化的硅烷：胺、二胺、烷基、氨基-烷基、芳基、环氧基、甲基丙烯酰基、氟烷基、烷氧基、乙烯基、巯基和芳基。优选地，粘结剂前体以预涂覆溶液的40g.l-1
至400g.l-1
的量添加。
[0068]
预涂覆溶液可以通过首先混合钛酸盐和纳米颗粒氧化物来获得。混合可以在潮湿条件下用诸如丙酮的溶剂，或者在干燥条件下例如在3d粉末振动混合器中进行。混合有利于纳米颗粒在钛酸盐颗粒上的聚集，这防止纳米颗粒在空气中的无意的释放(这将是健康和安全问题)。
[0069]
预涂覆溶液的沉积可以特别地通过旋涂、喷涂、浸涂或刷涂来进行。
[0070]
优选地，预涂覆溶液仅局部沉积。特别地，将预涂覆溶液施加在其中钢基材将被焊接的斜边区域中。
[0071]
在将预涂覆溶液施加到钢基材上后，可以任选地对其进行干燥。干燥可以通过在环境温度或热温度下吹入空气或惰性气体来进行。当预涂层包含粘结剂时，干燥步骤还优选为固化步骤，在该固化步骤期间粘结剂被固化。固化可以通过红外(ir)、近红外(nir)、常规的烘箱进行。
[0072]
优选地，当有机溶剂在环境温度下是挥发性的时，不进行干燥步骤。在这种情况下，有机溶剂蒸发，从而在金属基材上形成干燥的预涂层。
[0073]
在钢基材的斜边的一部分上形成预涂层后，可以通过激光电弧复合焊接将这部分焊接至另一个金属基材。
[0074]
激光电弧复合焊接的电弧可以选自埋弧、气体保护金属极电弧、气体保护钨极电弧和等离子体电弧。所有这些电弧均可以受益于本发明。
[0075]
平均电流优选为40a至1000a。电压优选为1v至40v。
[0076]
激光电弧复合焊接的激光器可以选自固态激光器，例如nd:yag、nd:玻璃、红宝石、nd:ylf、yb:yag、yb:纤维、ti:蓝宝石。优选地，其为最常见的发射波长为1064nm的nd:yag激光器或yb:yag激光器(1030nm)。
[0077]
电弧和激光的任意组合均可以受益于本发明，因为预涂层对不同的电弧和不同的
激光具有相似的效果。
[0078]
焊接在引导电弧配置下操作。这意指电弧在激光束的前面。电弧首先撞击钢基材并使其熔化以形成熔池。然后激光撞击熔池。
[0079]
另一个金属基材可以为与预涂覆的钢基材相同组成或不同组成的钢基材。其也可以由另一种金属例如铝制成。更优选地，另一个金属基材为根据本发明的预涂覆的钢基材。另一个金属基材沿钢基材的经预涂覆的斜边定位。然后通过激光电弧复合焊接对两个基材进行焊接。
[0080]
根据焊接技术，可以存在呈焊丝形式的自耗电极(saw、gmaw)，或者，如果电极不是自耗的，则可以从侧面以焊丝形式进给填充接头的材料(gtaw，等离子体)。在两种情况下，焊丝都例如由fe、si、c、mn、mo和/或ni制成。
[0081]
根据焊接技术，斜边可以至少局部地被保护熔剂覆盖。保护熔剂保护焊接区在焊接期间免受氧化。
[0082]
用根据本发明的方法，可以获得至少第一金属基材和第二金属基材的焊接接头，第一金属基材呈钢基材的形式，第一金属基材和第二金属基材通过激光电弧复合焊接至少部分地焊接在一起，其中焊接区包括包含钛酸盐和纳米颗粒氧化物的溶解和/或析出的预涂层。
[0083]
钛酸盐选自由碱金属钛酸盐、碱土钛酸盐、过渡金属钛酸盐、金属钛酸盐及其混合物组成的钛酸盐的组。钛酸盐更优选地选自：na2ti3o7、natio3、k2tio3、k2ti2o5、mgtio3、srtio3、batio3、catio3、fetio3和zntio4及其混合物。
[0084]
纳米颗粒氧化物选自tio2、sio2、zro2、y2o3、al2o3、moo3、cro3、ceo2、la2o3及其混合物。
[0085]“溶解和/或析出的预涂层”意指预涂层的组分由于反向马兰戈尼流(marangoni flow)而可以被拉向熔池的液体-气体界面的中心，并且甚至可以被拉到熔融金属的内部。一些组分溶解在熔池中，这导致相应的元素在焊缝中富集。其他组分析出并且是形成焊缝中的析出物的复合氧化物的一部分。
[0086]
特别地，当钢基材的al量高于50ppm时，根据所添加的纳米颗粒的性质，焊接区包含含有特别是al-ti氧化物或si-al-ti氧化物或其他氧化物的夹杂物。混合元素的这些析出物小于5μm。因此，它们不损害焊接区的韧性。夹杂物可以通过电子探针显微分析(electron probe micro-analysis，epma)来观察。不希望受任何理论的束缚，认为纳米颗粒氧化物促进了限制尺寸的夹杂物的形成，使得焊接区的韧性不受损害。
[0087]
最后，本发明涉及根据本发明的焊接接头用于制造用于油气和海上行业、造船、建筑和运输(铁路和汽车)的部件的用途。
实施例
[0088]
选择具有表1中公开的按重量百分比计的化学组成的钢基材：
[0089]
cmnsipsnalfe0.16-0.181.1-1.20.15-0.30.0150.0030.0070.02-0.06余量
[0090]
钢基材为25mm厚。钢基材具有485mpa至620mpa的抗拉强度和260mpa的屈服强度。
[0091]
实施例1：
[0092]
如图1所示，制备具有呈双y的斜边的100
×
150mm的样品1，每个斜面以4
°
的角度α倾斜，并且上斜面和下斜面被5mm的间隙2隔开。斜边被铣削使得斜面的粗糙度rz为5μm至8μm，以及5mm间隙的粗糙度rz为6μm至15μm。用丙酮清洗掉待焊接的斜边上的油和污垢。
[0093]
样品1未涂覆有预涂层。
[0094]
对于样品2，包含mgtio3(直径：2μm)、sio2(直径：10nm)和tio2(直径：50nm)的丙酮溶液通过将丙酮与所述要素混合来制备。在丙酮溶液中，mgtio3的浓度为175g.l-1
。sio2的浓度为25g.l-1
。tio2的浓度为50g.l-1
。然后，通过喷洒用丙酮溶液涂覆样品2的清洁侧壁。将丙酮蒸发。干燥的预涂层中的mgtio3的百分比为70重量％，sio2的百分比为10重量％以及tio2的百分比为20重量％。预涂层为50μm厚。
[0095]
样品1和2各自与以0.3mm间隙间隔开的所选择的钢基材的裸露样品并排定位，并通过处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接进行焊接而不通过进行焊接道次直至斜面被填满并完成接头来预热。激光器为具有0.3mm光斑的16kw yb:yag激光器。电弧设备为具有氩气/co280/20保护气体的气体保护金属极电弧焊枪。进料焊丝包含最大0.06重量％的c、0.8重量％的si和1.5重量％的mn。焊接参数在下表2中：
[0096][0097]
*:根据本发明
[0098]
如从表2中明显的是，样品1需要两个焊接道次以完全焊接，而样品2仅需要一个焊接道次，其中焊接参数相同。该第一个结果已经表明，根据本发明的预涂层增加了处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接的熔深深度和生产率。
[0099]
在焊接之后，目视和通过x射线成像检查两个焊接组合件的焊缝，并对截面进行显微分析。
[0100]
下表3详述了每个焊缝的显微分析：
[0101][0102]
*:根据本发明
[0103]
预涂层将电弧熔深提高了10％，将激光熔深提高了50％。
[0104]
x射线成像分析显示了沿样品1的焊件的裂纹，以及截面分析显示了样品1中的裂纹。这些结果表明预涂层改善了润湿性。
[0105]
拉伸测试、夏氏-v测试和硬度表征也确定了，钢基材的斜边上的预涂层改善了处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接，而不使接头的机械特性劣化。
[0106]
实施例2：
[0107]
按照样品2制备样品3(具有预涂层)。
[0108]
然后在焊接之前将样品在320℃下预热和不预热的情况下，所有其他条件与实施例1中相同，以增加的行进速度(25mm/秒，即增加56％)和减小的间隙(0.2mm)对其进行焊接。
[0109]
所获得的结果确定，由于预涂层，可以提高行进速度，并因此提高激光电弧复合焊接的生产率。此外，该生产率提高不伴随着接头的机械特性的劣化，并且甚至伴随着接头的一些机械特性的改善，如表4所示，其中将用经预热的样品3获得的结果与用经预热的样品1获得的结果进行比较(在实施例1中详述)：
[0110][0111]
*:根据本发明
[0112]
夏氏v-测试根据iso 9016:2012在t＝-20℃下进行。
[0113]“基础材料的断裂”栏中的“ok”意指样品在拉伸测试结束时的断裂是在基础材料上，这是焊接样品所寻求的。
[0114]“硬度”栏中的“ok”意指所测试的样品的硬度符合iso 15614-1:2017标准。
[0115]
实施例3：
[0116]
通过有限元法(fem)模拟来评估不同预涂层对钢基材的焊接的影响。在模拟中，预涂层包含直径为10nm至50nm的纳米颗粒氧化物和任选地mgtio3(直径：2μm)。涂层的厚度为40μm。用每个预涂层来模拟电弧焊接并且结果在下表5中：
[0117][0118]
*:根据本发明
[0119]
结果表明，与比较例相比，根据本发明的预涂层改善了焊缝的熔深和品质。
[0120]
实施例4：
[0121]
对于样品17，制备包含以下组分的水溶液：363g.l-1
的mgtio3(直径：2μm)、77.8g.l-1
的sio2(直径范围：12nm至23nm)、77.8g.l-1
的tio2(直径范围：36nm至55nm)和238g.l-1
的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(由制造的ameo)。在钢基材的斜边上施加该溶液并通过1)ir和2)nir进行干燥。经干燥的预涂层为40μm厚并且包含62重量％的mgtio3、13重量％的sio2、13重量％的tio2和12重量％的由3-氨基丙基三乙氧基硅烷获得的粘结剂。
[0122]
对于样品18，制备包含以下组分的水溶液：330g.l-1
的mgtio3(直径：2μm)、
70.8g.l-1
的sio2(直径范围：12nm至23nm)、70.8g.l-1
的tio2(直径范围：36nm至55nm)、216g.l-1
的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(由制造的ameo)以及104.5g.l-1
的有机官能硅烷和官能化纳米级sio2颗粒的组合物(由evonik制造的sivo110)。在钢基材的斜边上施加该溶液并通过1)ir和2)nir进行干燥。经干燥的预涂层为40μm厚并且包含59.5重量％的mgtio3、13.46重量％的sio2、12.8重量％的tio2以及14.24重量％的由3-氨基丙基三乙氧基硅烷和有机官能硅烷获得的粘结剂。
[0123]
在所有情况下，预涂层在斜边上的粘合性均得到了极大的改善。
[0124]
本发明的有益效果已经在具有mag电弧和yb:yag激光的处于引导电弧配置的激光电弧复合焊接的情况下进行了说明。然而，其可扩展至其他电弧和激光，因为所有这些技术均使用可涂覆有预涂层的斜边，使得改变了电弧和熔池物理特性。