一种提高高强度钢激光焊接接头力学性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于焊接与连接技术领域，具体设及一种提高高强度钢激光焊接接头力学 性能的方法。
【背景技术】
[0002] 汽车轻量化技术是轻量化设计、轻量化材料和轻量化制造技术的集成应用。汽车 轻量化后保证碰撞安全性的一个重要手段就是采用高强度钢并运用激光焊接技术制造车 身各种承力安全结构件。
[0003] 高强度钢是指在低碳钢中添加少量的妮、铁、铭、儀、钢、钻、儘和铁等合金元素，通 过固溶体强化、析出强化、晶粒细化强化和应变组织强化而获得的钢种。高强度钢具有极高 的抗拉强度和屈服强度，其成型性能好、能量吸收率高、初始加工硬化速率高且防撞凹性能 好，并迅速发展为汽车制造中应用前景最为看好的轻量化材料之一。钢板强度提高，板厚就 可W减薄，从而有效减轻车重。使用高强度钢板代替原用钢板后，车身板厚可由1.2~1.5mm 减为0.8~1.0mm，零部件一次减重效果可达15~20 %。
[0004] 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，具有热 输入量低、焊接速度快、接头热变形和热影响区小、烙池形状深宽比大、焊缝组织细和接头 初性好等优点，在机械、汽车、造船、航空航天、钢铁、海洋工程和零件表面修复等工业领域 获得了日益广泛的应用，成为汽车制造业突出的成就之一。激光焊接工艺与传统点焊搭接 工艺的产品相比有诸多优势，其不仅降低了整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公 差、油耗和废品率，还减少了外围加强件数量，简化了装配步骤及工艺，同时使车辆的碰撞 能力增强，冲压成型率及抗腐蚀能力提高。汽车车身各种承力安全结构件使用激光焊接技 术生产后，零部件二次减重可进一步提高到30~40%。
[0005] 高强度钢合金元素含量丰富，加工工艺复杂，对冶金质量要求高。W双相钢为例， 其是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控社控冷而得到的铁素体和马氏体双相 组织，是在临界溫度区间进行退火和随后的泽火，双相区退火溫度直接决定了奥氏体的含 量及其碳含量，从而决定了奥氏体泽透性;而冷却速度决定了奥氏体W何种方式完成转变， 扩散型或切变型，运些加工历程W及组织变化将直接影响材料的力学性能。在快速冷却过 程中，奥氏体会完全转变成马氏体，从而达到了马氏体和铁素体的室溫组织。高强度钢对热 过程和成分变化极为敏感，焊接过程中由于受到热作用，母材局部重烙，焊缝区组织将发生 变化。
[0006] 因此，长久W来保证焊缝与母材的组织和性能一致性是高强度钢焊接的难点。首 先，激光焊接溫度高，钢中起强化作用的合金元素氧化和烧损严重;其次，加热周期短，焊缝 区组织很难实现均匀化，导致在渗碳体原位生成的奥氏体含碳量高，其他区域奥氏体的含 碳量低，高碳奥氏体较难实现马氏体的完全转变，造成组织中有较多的残余奥氏体，残余奥 氏体是非平衡组织，它能在应力的诱发下转变成马氏体，降低焊接接头的力学性能；另外， 焊接时的冷却速度极快，完全破坏了母材原有组织平衡状态，使焊缝金属具有一个特殊的 过饱和的铸态组织，导致焊缝金属的组织状态与母材金属之间存在较大的差别。焊接接头 的力学性能并不完全取决于焊缝金属的化学成分，还与其所处的组织状态有很大关系。焊 接接头组织是由焊缝的化学成分和焊接热过程共同作用的结果。高强度钢激光焊接改变母 材原有热处理过程，导致焊接接头的力学性能与母材不相等，塑性、初性显著降低。
[0007] 目前，对高强度钢激光焊接的研究主要集中在各种超高强钢的焊接性、焊接规范 参数对接头组织和性能的影响、功率密度、激光脉冲波形、激光脉冲宽度、离焦量、焊接速度 和保护气体等工艺参数的优化，并取得了可喜的成果。为能实现在较低激光功率下获得更 大的焊缝烙深，稳定的焊接过程和优异的焊缝成形质量，近年来，研究人员研发出多种激光 与其它热源进行复合的焊接工艺，如激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合 焊、双激光束焊W及多光束激光焊等用于高强度钢的焊接。但是，激光焊接高强度钢获得的 接头低于母材力学性能的技术难题仍然未能解决。至今为止，未见如何改善高强度钢激光 焊接接头组织，提高焊接接头力学性能的相关报道。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足的情况下，提供一种提高高强度钢 激光焊接接头力学性能的方法。
[0009] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的，结合【附图说明】如下：
[0010] 本发明通过在高强度钢焊接接头施焊处表面添加由多种烙点较高的合金元素和 适量的无机化合物组成的变质剂来改变焊接接头的力学性能，其中合金元素在接头表面起 固溶强化和变质处理的作用，并改变焊缝凝固组织的形态;无机化合物在焊接过程中一方 面是为了防止起变质处理的合金元素氧化失去变质处理作用，另一方面可W提高对激光光 束的吸收率和能量转换效率。
[0011] -种提高高强度钢激光焊接接头力学性能的方法，包括W下步骤：
[0012] A、原料的处理
[0013] 筛选尺寸为20-60皿，纯度99.99%的Co(钻），Mo(钢)和八饥)金属颗粒备用；
[0014] 选取Na2B4〇7 · 10出0(棚砂），MnO(氧化儘)和Si〇2(二氧化娃），分别进行脱水、烘干、 粉碎W及筛选备用，筛选时颗粒尺寸为20-50皿；
[0015] B、变质剂的制备
[0016] 将步骤A中所得的金属颗粒和无机化合物按质量百分比为Co 40-50%，Mo so- so% ，V20-30% ，Na2B4〇72-4% ，MnO 1-3%和 Si〇2l-3% 混合揽拌并于 200-300 °C 烘干；
[0017] C、制备变质剂合金膏
[001引将步骤B中所得变质剂与粘结剂按19:1的配比混合均匀制成变质剂合金膏；
[0019] D、将变质剂合金膏均匀涂敷于被焊高强度钢结构件焊接接头表面进行激光焊接。
[0020] 步骤C中，所述变质剂合金膏中的粘结剂质量百分比为5%。
[0021] 步骤C中，所述粘结剂是W聚苯乙締为溶质，Ξ氯乙締为溶剂制成的具有一定粘性 的透明塑胶体，粘结剂受热在150-37(TC间完全挥发不留任何残渣。
[0022] 步骤D中，所述高强度钢结构件选用DP780双相钢，厚度分别为1.0mm和1.2mm，进行 不等厚板激光拼焊试验。
[0023] 步骤D中，所述激光焊接时，激光焊机为C〇2激光器，焊接功率P = 1 .Okw，焊接速度V =2000mm/min，离焦量F = 0mm，侧吹气为纯Ar，流量为30L/min。
[0024] 添加粘结剂的目的是保证变质剂能牢固粘附在焊接接头施焊处表面，同时，保证 激光焊接后粘结剂能完全挥发不留任何残渣，避免焊缝处形成气孔或夹杂。
[0025] 激光焊接溫度高，钢中起强化作用的合金元素氧化和烧损非常严重，激光焊接接 头施焊处表面添加 Co, Mo和V合金元素作为变质剂首先是补偿激光焊接过程中由于蒸发和 氧化等原因造成的强化相合金元素的损失;其次是Co,Mo和V合金元素的烙点较高，可W作 为焊缝金属凝固过程中