[發明專利]一種基于可變光斑的振鏡掃描激光焊接方法

在審

• 申請號: 202111176931.3
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113732499A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 林文虎;張振波
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: B23K26/21
• 分類號: B23K26/21;B23K26/70;B23K26/073;B23K26/082
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高燕;許亦琳

本發明提供一種基于可變光斑的振鏡掃描激光焊接方法，包括如下步驟：將兩塊待焊接的熱成形鋼材料以拼接或者搭接的方式固定，使兩塊所述熱成形鋼材料緊密接觸；對待焊接固定處進行振鏡掃描激光焊接，通過調節光斑大小和設定振鏡掃描軌跡，使待焊接處熔化并凝固形成焊縫。其實現熱成形鋼的良好連接，提高焊接接頭的力學性能，降低焊縫高溫鐵素體比例，提高焊接接頭的力學性能，用于解決現有技術中增加設備成本、改變合金成分、降低生產效率、提高生產成本和質量不穩定的問題。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，特別是涉及一種基于可變光斑的振鏡掃描激光焊接方法。

背景技術

為實現汽車輕量化，超高強度鋼正被廣泛應用于國內外汽車制造中，其在抗碰撞性能、加工工藝和成本方面具有明顯的優勢，能夠滿足減輕汽車重量和提高碰撞安全性能的雙重需要。超高強度鋼主要應用在車身外面板、車身內面板、保險杠的外面板和加強板、各種抗沖擊結構件等。

熱成形鋼板作為一種典型的超高強汽車用鋼，具有極高的強度及延展性。熱成形鋼板加熱前抗拉強度為500～800MPa，延伸率為18～22％；加熱成形后則提高至1300～1600MPa，延伸率達6～7％。為防止在900-950℃熱成形過程中鋼板被氧化，通常將熱成形鋼板鍍以25-30μm的Al-Si鍍層，達到防腐蝕、防氧化的效果。然而，由于Al-Si鍍層的存在，在熱成形鋼板的焊接過程中Al-Si鍍層熔化后進入焊縫，造成焊縫中Al元素的偏析而形成第二相即高溫δ鐵素體，從而嚴重降低焊接接頭的力學性能。

為了解決這一問題，提高具有Al-Si鍍層的熱成形鋼板焊縫質量，國內外提出了三種解決方案：(1)去除鍍層；(2)填充材料；(3)工藝優化。

對于去除鍍層，通常采用激光燒蝕或機械去除等方法去除表面的Al-Si鍍層，其中激光燒蝕是最為有效的技術，也是目前工業化生產的唯一技術，但增加了設備投入，降低了生產效率。公開授權號為ZL201710013300.7“一種壓縮空氣輔助的激光熔融去除鍍層的裝置及方法”可以利用壓縮空氣高效去除熔融鍍層，降低了激光器的要求。

對于填充材料，公開號CN108213711A“”一種用激光填絲焊工藝制造鋁硅鍍層熱成形鋼拼焊板的方法，公開號添加鎳箔的方法，是通過添加奧氏體元素焊材抑制高溫鐵素體的形成，但是這些方法工序繁多，費時費力，大大降低了生產效率。

對于工藝優化，公開號CN110681997A“一種具有Al-Si鍍層熱成形鋼板的脈沖激光拼焊方法”，公開號CN111215749A“具有Al-Si鍍層熱成形鋼板的雙光束激光拼焊方法”以及CN109877449A“一種鍍層錳硼鋼獲得全馬氏體焊接部件的方法”，CN111843214A“一種鋁硅鍍層鋼/高強熱成形鋼復合鋼制零部件的制造方法”，通過調整激光熱源分布，改變焊縫形狀或采用激光擺動焊接的方法，能小幅度提高激光焊縫強度，但還未能從根本上解決這一問題。

公開號CN1068392328B公開了一種采用激光焊接設備拼焊Al-Si鍍層熱成形鋼板在保護氣提的條件下焊接的方法，其中保護氣包括氧氣和二氧化碳的一種或兩種與惰性氣體的混和氣體，通過采用氧化性氣體提高了焊接熔池的氧分壓，使進入焊接熔池的Al元素與O元素結合形成對焊縫強韌性影響不大的Al₂O₃，抑制Al與Fe元素形成金屬間化合物，最終獲得全板條馬氏體組織的焊縫。該方法吸收消耗熔池Al的能力有限，也還不能從根本上解決這一問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于可變光斑的振鏡掃描激光焊接方法，其能夠在不去除熱成形鋼材料的含鋁鍍層或鋁金屬間化合物層的情況下，實現熱成形鋼的良好連接，提高焊接接頭的力學性能，降低焊縫高溫鐵素體比例，用于解決現有技術中增加設備成本、改變合金成分、降低生產效率、提高生產成本和質量不穩定的問題，以直接提供相關零部件或為下一步進行熱沖壓成型提供強度基礎。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明是通過以下技術方案獲得的。