[發明專利]高強度鋼疊層激光點焊方法

在審

• 申請號: 202011008038.5
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN114247999A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 楊上陸;陶武
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: B23K26/22
• 分類號: B23K26/22;B23K26/142;B23K26/60;B23K26/70
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種高強度鋼疊層激光點焊方法，步驟包括：將兩件或者以上的鋼工件疊加形成疊層組合，鋼工件基體為QP鋼、厚度小于3.0mm；在待焊位置周圍設置吹氣口，所述吹氣口呈扁平狀，吹氣口出氣方向與焊接表面大致平行，吹氣口與焊接表面垂直距離在0～100mm之間，使用壓縮空氣氣源，氣體流量15～50L/min；使激光束沿著預設的掃描路徑作用在疊層組合上表面，設置焊接參數使激光束不穿透疊層組合下表面，通過熱傳導實現底部工件熔化與連接，最終形成的點狀焊縫具有如下特征：疊層組合下表面發生熔化區域的面積不超過疊層組合上表面熔化區域面積的70％。本發明能夠提高激光能量利用率、保證焊接質量一致性，提升接頭性能。

技術領域

本發明屬于高強度鋼激光焊接領域，具體是一種高強度鋼疊層激光點焊方法。

背景技術

在汽車制造業，減輕汽車重量以實現節能減排、提高汽車的碰撞安全性等需求促使了更高強度鋼在車身制造中的應用。

在汽車結構中，通常將多層鋼板疊加組成疊層組合，需要對不同的疊層鋼板組合進行焊接以實現車體或零部件的制造。現有生產方法使用電阻點焊技術，需要較高的焊接電流，生產效率較低，并且針對高強鋼焊接存在質量問題無法解決。激光焊接技術是一種將激光束作用在焊接材料表面，利用激光能量熔化材料實現焊接的方法，具有單面焊接、可達性好、無需接觸、焊接效率高、焊接變形小、易于實現自動化控制等優點。

一般地，利用激光束對疊層鋼板組合進行焊接時，需要提供足夠的激光能量，例如較高的激光功率，以實現疊層組合完全焊透，保證焊接接頭的性能。但是高強度鋼，尤其是第二代、第三代高強度汽車用鋼，由于鋼材基體合金元素含量較高，或者經過比較復雜、精細控制的熱處理工序，對于熱作用比較敏感；而在激光焊接過程中材料原有的組織狀態被破壞、較高的合金元素含量造成焊縫元素偏析等問題，最終導致焊接接頭性能較差，限制了更高強度鋼板的應用和激光焊接技術的推廣。

以第三代高強鋼QP鋼為例，材料的基體組織主要是板條馬氏體和殘余奧氏體，其中殘余奧氏體在材料變形過程中發生相變誘發塑性，極大地提高了鋼材的塑性。而在激光焊接過程中，材料被完全熔化然后冷卻凝固導致焊縫中殘余奧氏體含量急劇降低，同時由于溫度梯度和組織相變引起焊縫和熱影響區存在較大的熱應力，最終導致焊接接頭性能差，強度和塑性均處于較低的水平，難以滿足生產應用的條件。

值得注意的是，面對超高強度鋼，比如QP1180(抗拉強度1200MPa左右)，使用汽車鋼焊接常用的電阻點焊(一種利用疊層材料之間的接觸電阻在大焊接電流下產熱實現焊接的雙面焊接方法)也無法獲得高質量的焊接接頭。因此，亟需一種有效的焊接方法，以解決上述焊接問題，促進QP鋼等高強度鋼以及激光焊接技術的應用。

發明內容

本發明所公開的方法是為了解決上述問題，以實現高強度鋼疊層組合激光焊接和應用。

本發明采用的技術方案是：

一種高強度鋼疊層激光點焊方法，包括以下步驟：

將兩件或者以上的鋼工件疊加形成疊層組合，其中至少一件鋼工件的材料為高強度鋼，該高強度鋼的抗拉強度不低于600MPa；

在疊層組合的待焊位置周圍設置吹氣口，該吹氣口的出氣方向與焊接表面平行，且氣體流量10～50L/min；

使激光束沿著預設的掃描路徑作用在疊層組合上表面，設置焊接參數使激光束不穿透疊層組合的下表面，通過上層工件的熱傳導實現底部工件熔化與連接，最終形成的點狀焊縫具有如下特征：疊層組合下表面發生熔化區域的面積不超過疊層組合上表面熔化區域面積的70％。

所述激光束掃描路徑具有循環重復特征，使激光束掃描在后路徑時處于在前路徑掃描所形成的焊縫或者熔池中。

所述掃描路徑為等距螺旋線，螺旋線的繞圈數量N，且N≥8個，所述螺旋線相鄰間距L小于激光束聚焦光斑直徑。