[發明專利]一種熱沖壓成形鋼超聲輔助擺動激光焊接方法

在審

• 申請號: 202011039132.7
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112139667A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 黃蓉蓉;檀財旺;陳波;吳來軍;宋曉國;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70;B23K26/60;B23K37/04
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

一種熱沖壓成形鋼超聲輔助擺動激光焊接方法，屬于焊接方法領域。本發明解決了目前使用22MnB5鋼在焊接時增加了企業使用該鋼種的生產成本的問題。本發明具體包括以下步驟；步驟一：將待焊母材表面清洗；步驟二：待焊鋼母材的裝夾，采用焊接夾具將待焊鋼母材進行準確的對接與裝夾；步驟三：確定焊接方案；步驟四：打開超聲波發生器對待焊鋼母材輸入振動能量，待超聲波穩定后，同時打開激光器與行走裝置進行焊接，完成焊接過程后，保持超聲振動1分鐘，關閉超聲波發生器，完成熱沖壓成形鋼的焊接。通過本發明的焊接方法對22MnB5鋼焊接有效提高了生產效率，促進了其在工業生產中的實際應用。

技術領域

本發明涉及一種熱沖壓成形鋼超聲輔助擺動激光焊接方法，屬于焊接方法領域。

背景技術

近年來，對汽車減重的新要求促使汽車制造商不斷開發輕質材料與降低資源消耗和溫室氣體排放。據報道，汽車重量每降低100kg，油耗可降低0.7L/km，燃油效率可提高6％～8％。第三代先進高強度鋼擁有更高的比強度，在保證強度的同時大幅減薄結構件的尺寸及厚度。其中，以22MnB5鋼為代表熱沖壓成形鋼在淬火后形成全馬氏體組織，其抗拉強度可達1500MPa，22MnB5以其優越的承載性能得到了汽車制造業的廣泛關注；

22MnB5在使用前需要進行熱沖壓以獲得更高的強度。為了避免鋼材在沖壓過程中發現氧化及脫碳，需要預先在鋼板表面制備預鍍層。經過探索，人們發現Al-Si鍍層相比與其他鍍層如Zn鍍層等具有更加卓越的保護效果，鍍層與鋼母材界面生成的Al-Fe相熔點超過950℃，可以實現在高溫條件下的母材表面保護，Al-Si鍍層的出現為22MnB5鋼的使用和發展提供了基礎。然而，Al-Si鍍層的存在影響著22MnB5鋼焊接接頭的力學性能與組織演變。鍍層中的Al元素在焊接時會進入到熔池中與Fe元素反應而形成脆性相，導致了接頭從該位置開裂失效；Al元素會在接頭熔合線處偏析，該位置Al元素含量的升高促進了鐵素體的形成，相比于馬氏體結構，鐵素體結構性能的大幅下降導致了接頭整體性能的降低。目前，在使用22MnB5鋼焊接前，需要采用打磨等方法以去除表面Al-Si鍍層的不利影響，這無疑增加了企業使用該鋼種的生產成本。為了解決上述問題，亟需設計一種適用于焊接熱沖壓成形鋼22MnB5的方法以消除Al-Si鍍層對于焊接接頭的不利影響，提升接頭的整體性能。

發明內容

本發明解決了目前使用22MnB5鋼焊接前，需要采用打磨等方法取出表面Al-Si鍍層的不利影響，增加了企業使用該鋼種的生產成本的問題，本發明公開了“一種熱沖壓成形鋼超聲輔助擺動激光焊接方法”。在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。

本發明的技術方案：

一種熱沖壓成形鋼超聲輔助擺動激光焊接方法，包括以下步驟：

步驟一：將待焊母材表面清洗；

步驟二：待焊鋼母材的裝夾，采用焊接夾具將待焊鋼母材進行準確的對接與裝夾，焊接夾具置于行走裝置上方，保持焊接方向與行走裝置運動方向一致；

步驟三：確定焊接方案，完整待焊鋼母材的裝夾和放置后，采用氣缸作為夾緊裝置，從待焊位置下方施加夾緊力以夾緊工件，激光頭位于待焊母材上方，與下方的變幅桿同軸放置，通過調節激光束輸出功率、擺動頻率、擺動幅度、激光離焦量、超聲輸出功率、振動頻率、振動幅度、施加壓力、焊接速度、保護氣流量等參數控制激光束與超聲的能量輸入；

步驟四：完成上述準備工作后，打開超聲波發生器對待焊鋼母材輸入振動能量，待超聲波穩定后，同時打開激光器與行走裝置進行焊接，完成焊接過程后，保持超聲振動1分鐘，關閉超聲波發生器，完成熱沖壓成形鋼的焊接。

進一步的，所述步驟一中，對待焊母材進行焊前清理具體為，采用丙酮擦洗待焊母材的表面以去除油污。