一种用于焊接合金钢的焊接材料及焊接方法与流程

专利2026-02-26  13


本技术涉及钢材料加工领域,尤其涉及一种用于焊接合金钢的焊接材料及焊接方法。


背景技术:

1、节能、减排、降耗已经成为汽车行业的一个重要目标,车身轻量化是节能降耗的重要技术手段。为了减薄车身用材的厚度,超高强度钢(抗拉强度≥780mpa的钢)在车身上广泛使用。为了增强耐腐蚀性,一般会在超高强度钢表面涂镀防腐材质,然后将含有超高强度钢的板材组合形成车身或车身的部分。

2、早期工艺中,车身或车身部件一般是采用冲压成型,如cn106466697a公开的热冲压工艺。但是这对冲压工艺要求较高,尤其是超高强度钢的冲压存在诸多困难。

3、用焊丝将边框进行焊接是一种替代方案,电阻点焊是常用的焊接方式。对于带镀层的超高强度钢来说,电阻点焊会出现液态金属脆化(lme)的现象,镀层的金属熔化后沿钢板基材晶界渗入,造成晶界结合力下降而容易发生开裂。

4、cn116748676a公开了一种激光焊接表面有铝硅镀层的合金钢的方法,焊接强度较高,但是这种方法存在气孔沙眼,焊接成品良品率偏低。而且该方法中,必须严格根据厚度来计算焊丝中的镍含量,否则,焊丝在激光烧结过程中会形成不锈钢,与超高强度钢无法焊接在一起。因此,仍然有必要寻找新的焊接方法和焊接材料。


技术实现思路

1、本技术提供了一种用于焊接合金钢的焊接材料、及焊接方法,以解决上述技术背景中提出的至少一个问题。

2、为实现上述目的,本技术采用以下技术方案:

3、本技术第一个方面是提供一种用于焊接合金钢的焊接材料,所述合金钢为表面镀有防腐材质的超高强度钢,所述焊接材料的元素包括c、si、mn、cr、mo、ni、fe,其中,以所述焊接材料总重量为基准,所述元素的重量百分比为:c 0.08-0.15%;

4、si 0.30-0.65%;

5、mn 0.90-2.20%;

6、cr 25.0-28.0%;

7、mo 0.07-0.13%;

8、ni 19.0-24.3%;

9、其余为fe以及不可避免的杂质。

10、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述c的重量百分比为0.09-0.12%,优选为0.09-0.10%。

11、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述si的重量百分比为0.40-0.55%,优选为0.45-0.55%。

12、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述mn的重量百分比为1.00-2.10%,优选为1.80-2.05%。

13、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述mo的重量百分比为0.10-0.12%,优选为0.11-0.12%。

14、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述ni的重量百分比为19.5-24.3%,优选为20.0-24.3%。

15、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述cr的重量百分比为25.5-28.0%,优选为26.0-28.0%。

16、在一种优选实施例中,所述焊接材料的形态包括粉末、焊条、或焊丝,尤其优选为焊丝。

17、在一种优选实施例中,所述焊丝直径优选为0.5-2mm,优选为1-1.5mm,更优选为1.2-1.3mm。

18、在一种优选实施例中,所述防腐材质为金属涂层,优选为锌、镍、铬、铝、铝硅中的至少一种。

19、在一种优选实施例中,所述合金钢的元素包括:c、si、mn、p、s、al、ti、b、cr、fe。

20、在一种优选实施例中,所述合金钢的成分重量百分比为:

21、c 0.08-0.8%;

22、si 0.05-1.0%;

23、mn 0.1-5%;

24、p<0.3%;

25、s<0.1%;

26、al<0.3%;

27、ti<0.5%;

28、b 0.0005-0.1%;

29、cr 0.01-3%;

30、其余为fe及不可避免杂质。

31、本技术第二个方面是提供一种合金钢材料的加工方法,优选为合金钢材料的焊接方法,尤其是超高强度钢的焊接方法。或者,本技术第二方面提供的是一种所述焊接材料的应用,尤其是在焊接超高强度钢中的应用。优选的,所述超高强度钢为表面镀有防腐材质的超高强度钢,更优选为表面镀有金属保护层的超高强度钢。

32、本技术第二个方面所述的合金钢的加工方法或者所述焊接材料的应用,步骤包括:

33、提供两个待焊接工件和焊接材料,其中所述待焊接工件的材质为合金钢,所述合金钢为表面镀有防腐材质的超高强度钢;

34、将两个待焊接工件的焊接区对接,将焊接材料置于两个所述待焊接工件的焊接区之间,通过激光填丝焊接的方式使所述焊接材料熔融,熔融的焊接材料覆盖所述焊接区的至少部分区域;

35、所述熔融的焊接材料冷却固化,使得两个所述待焊接工件连接成为一体。

36、在一种优选实施例中,所述待焊接工件无需预处理。

37、在一种优选实施例中,所述激光填丝焊接通过激光光斑熔融焊接材料。

38、优选地,所述激光光斑的直径大于焊接材料的直径。

39、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述焊接材料的元素包括c、si、mn、cr、mo、ni、fe,

40、其中,所述元素的重量百分比为:

41、c 0.08-0.15%;

42、si 0.30-0.65%;

43、mn 0.90-2.20%;

44、cr 25.0-28.0%;

45、mo 0.07-0.13%;

46、ni 19.0-24.3%;

47、其余为fe以及不可避免的杂质。

48、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述c的重量百分比为0.09-0.12%,优选为0.09-0.10%。

49、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述si的重量百分比为0.40-0.55%,优选为0.45-0.55%。

50、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述mn的重量百分比为1.00-2.10%,优选为1.80-2.05%。

51、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述mo的重量百分比为0.10-0.12%,优选为0.11-0.12%。

52、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述ni的重量百分比为19.5-24.3%,优选为20.0-24.3%。

53、在一种优选实施例中,以所述焊接材料总重量为基准,所述cr的重量百分比为25.5-28.0%,优选为26.0-28.0%。

54、在一种优选实施例中,所述焊接材料的形态包括粉末、焊条、或焊丝,尤其优选为焊丝。

55、在一种优选实施例中,所述焊丝直径优选为0.5-2mm,优选为1-1.5mm,更优选为1.2-1.3mm。

56、在一种优选实施例中,表面镀有的所述防腐材质,可以是金属涂层,优选为锌、镍、铬、铝、铝硅中的至少一种。

57、优选地,表面镀有的所述金属涂层的厚度为10-100μm,优选为15-90μm,更优选为20-80μm。

58、在一种优选实施例中,所述焊丝直径优选为直径优选为0.5-2mm,优选为1-1.5mm,更优选为1.2-1.3mm。

59、在一种优选实施例中,所述合金钢的元素包括:c、si、mn、p、s、al、ti、b、cr、fe。

60、在一种优选实施例中,所述合金钢的成分重量百分比为:

61、c 0.08-0.8%;

62、si 0.05-1.0%;

63、mn 0.1-5%;

64、p<0.3%;

65、s<0.1%;

66、al<0.3%;

67、ti<0.5%;

68、b 0.0005-0.1%;

69、cr 0.01-3%;

70、其余为fe及不可避免杂质。

71、在一种优选实施例中,所述待焊接的合金钢的厚度为0.5-5mm,优选为0.8-4mm,更优选为1-3mm。

72、在一种优选实施例中,所述激光填丝焊接中,激光功率为2-10kw,优选为2.5-8kw,更优选为3-6kw。

73、在一种优选实施例中,所述激光填丝焊接中,激光的移动速率为1-8m/min,优选为2-6m/min,更优选为2-5m/min。

74、在一种优选实施例中,所述激光填丝焊接中,送丝速率为0.3-4m/min,优选为0.5-3m/min,更优选为0.5-2m/min。

75、在一种优选实施例中,所述待焊合金钢材料的加工方法还可以包括焊后热处理。

76、优选地,所述焊后热处理的步骤包括:

77、将所述的连接完成的待焊接的合金钢加热至880-950℃,

78、将加热完成的所述合金钢进行冲压成型,随后保压冷却淬火。

79、与现有技术相比,本技术的技术方案具有以下有益效果:

80、(1)本技术通过调控焊接材料的组分,达到了良好的焊接效果,相较于焊接前的合金钢,采用本技术的焊接材料进行焊接后的材料仍然能够保持较高的机械强度和规整度,其抗拉强度可高达1546mpa,与焊接前的合金钢相当,其规整塑性延伸强度rp0.2高达1109mpa。

81、(2)本技术的焊接方法不仅仅是简单地将两个部件连接在一起,它实际上是在材料之间形成了一个新的、整合的结构,这种整合结构在机械强度上更加均匀和一致,焊缝与母材在性能上达到了良好的匹配,提高了焊缝的质量,焊接后材料结构的整体性能和稳定性较高。

82、(3)与cn116748676a等现有技术相比,本技术提供的焊接材料以及焊接方法,用于焊接表面镀有防腐材质的超高强度钢,能够降低对镀层的敏感性,对于镀锌、镀镍、镀铬、铝硅涂层等各类板件焊接皆有降低气孔沙眼开裂的优点。出人意料的是,本技术采用特定元素组成的不锈钢焊丝的激光焊接,其良率更高,可达99.99%。此外,本技术通过调控焊丝的元素组成、比例,结合激光焊接技术,实现了不锈钢焊丝与热冲压成型钢板的异种钢焊接,这一创新提供了此类焊接更大的工艺选择范围,在焊接领域具有显著的意义和深远的应用前景。


技术特征:

1.一种用于焊接合金钢的焊接材料,其特征在于,所述合金钢为表面镀有防腐材质的超高强度钢,

2.根据权利要求1所述的焊接材料,其特征在于,所述焊接材料的形态包括粉末、焊条、或焊丝,尤其优选为焊丝。

3.根据权利要求2所述的焊接材料,其特征在于,所述焊丝直径为0.5-2mm,优选为1-1.5mm,更优选为1.2-1.3mm。

4.根据权利要求1所述的焊接材料,其特征在于,所述防腐材质为金属涂层,优选为锌、镍、铬、铝、铝硅涂层中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的焊接材料,其特征在于,所述合金钢的元素包括:c、si、mn、p、s、al、ti、b、cr、fe;

6.一种焊接方法,其特征在于,包括以下步骤:

7.根据权利要求6所述的焊接方法,其特征在于,所述激光填丝焊接步骤中,激光功率为2-10kw,优选为2.5-8kw,更优选为3-6kw;和/或

8.根据权利要求6所述的焊接方法,其特征在于,所述焊接方法还包括焊后热处理步骤;


技术总结
本申请提供了一种用于焊接合金钢的焊接材料及焊接方法,采用本申请的焊接材料进行焊接后的材料仍然能够保持较高的机械强度和规整度,其抗拉强度可高达1546MPa,与焊接前的合金钢相当,其规整塑性延伸强度Rp0.2高达1109MPa。并且本申请的焊接方法在材料之间形成了一个新的、整合的结构,使焊缝与母材在性能上达到了良好的匹配,提高了焊缝的质量。此外,本申请通过调控焊丝的元素组成、比例,结合激光焊接技术,实现了不锈钢焊丝与热冲压成型钢板的异种钢焊接,这一创新提供了此类焊接更大的工艺选择范围,在焊接领域具有显著的意义和深远的应用前景。

技术研发人员:姜德富,王圣棻
受保护的技术使用者:江苏大族智能焊接装备集团有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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