CN106141433A

CN106141433A - 制造拼焊板的方法

Info

Publication number: CN106141433A
Application number: CN201510165732.0A
Authority: CN
Inventors: 金昭延
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-11-23
Also published as: KR101714121B1; US20160144456A1; DE102015206318A1; US9873929B2; KR20160061560A

Abstract

本文公开一种制造拼焊板的方法，该方法能够在使用涂层钢板制造拼焊板时改善焊接部的质量并缩短制造时间。制造拼焊板的方法包括将一对或多对具有不同厚度或强度的不同涂层钢板通过使用填充焊丝的激光进行焊接。

Description

制造拼焊板的方法

技术领域

本发明的示例性实施方式涉及一种制造拼焊板的方法，拼焊板通过将具有不同厚度和材料的钢板相互连接而制造，更具体地，涉及一种制造拼焊板的方法，该方法能够在用涂层钢板制造拼焊板时改善焊接部的质量并缩短制造时间。

背景技术

近年来，对于车辆加强环境和安全管理的要求在持续增强。即，为符合对改进燃料效率和增强碰撞安全的紧要需求，例如，包括AHSS(先进高强度钢)在内的高强度钢趋于广泛应用于车辆。

在制造车身时应用高强度部件，以应对侧向碰撞。具体地，与车身对现有内燃机的保护作用相比，在电动车中，边柱在侧向碰撞过程中对电池的保护作用非常重要。为此，采用HPF(热压成形)技术的超高强度钢的应用在不断增长。

同时，碰撞吸收部件可以大体划分为两种部件。

一种是通过其变形来吸收从外部施加的冲击力的能量吸收部件。

能量吸收部件被代表性地应用在各个前纵梁的前部、后纵梁的后部、以及B柱的底部。

另一种是几乎不变形的防侵入部件。例如，由于在碰撞中应当确保由司乘人员占据的座舱区的安全，应用于座舱区的碰撞吸收部件多半是防侵入部件。

防侵入部件被代表性地应用在各个前纵梁的后部、后纵梁的前部、以及B柱的顶部。

应用有HPF技术的防侵入部件的使用正快速增加，以改进碰撞安全性。具有相对高的应变速率的AHHS被应用于能量吸收部件。

能量吸收部件和防侵入部件的组合形式被用在各个前纵梁、后纵梁和B柱中，并通过使两种部件焊接并成形而制造。

在此情况下，主要使用的TWB(拼焊板)方法包括通过像裁剪套装一样将具有不同厚度、强度和材料的钢板切割成所需形状，焊接所切割的钢板，并随后用压力机使焊接的钢板成形的一系列制造部件的工序。TWB方法主要由切割钢板的切割工序、用激光焊接所切割钢板的焊接工序、以及一体化地制造焊接钢板的冲裁工序构成。

由于具有不同厚度和材料的不同钢板通过TWB方法焊接，所焊接的部件可以具有各个部分所需的特性。此外，与单一的钢板相比，可以通过TWB方法将不同的钢板制造成具有精准的尺寸以及坚固的结构和较长寿命。因此，TWB方法被用在例如车辆或电动轨道车的车身板件的生产中。

具体地，在需要高生产率、低成本和低重量的汽车工业领域，与通过切割钢板、使各个切割钢板成形并然后在结构例如车身板件的生产中对所成形的钢板进行点焊来制造部件的传统成形方法相比，TWB方法可以实现部件数量的减少、车身的变轻、制造费用的降低、质量的改善、碰撞安全的改进、车身结构的简化等。

然而，在具有Al-Si或Zn涂层的涂层钢板中，由于在激光焊接中涂层被混入焊接部中，即使当涂层钢板在900～950℃加热时也难以确保奥氏体结构，并且即使在对涂层钢板淬火时也难以确保马氏体结构。出于该原因，存在的问题是，焊接部的材料特性变差。

因此，为焊接涂层钢板，有必要从涂层钢板中去除涂层。然而，存在的问题是，由于在用于焊接的涂层的去除部上产生铁锈，生产部件的质量变差。

发明内容

本发明的实施方式涉及一种制造拼焊板的方法，当通过拼焊板焊接来焊接涂层钢板时，即使不去除涂层也能够改善焊接部的质量。

本发明的另一个实施方式涉及一种制造拼焊板的方法，其中焊接部在热冲压成形作业后具有完全的马氏体结构。

本发明的其他目的和优点可以通过以下说明来理解，并参考本发明的实施方式而变得明晰。同时，对本发明所属领域内的技术人员来说，清晰可见的是，本发明的目的和优点可以通过其要求保护的方法及其组合而实现。

根据本发明的实施方式，制造拼焊板的方法包括通过使用填充焊丝的激光将一对或多对具有不同厚度或强度的不同涂层钢板进行焊接。

填充焊丝可以包含一种组分，即使各个涂层钢板的涂层被混入焊接部中，焊接部也能通过这种组分在900～950℃的温度下转变为具有奥氏体结构。

填充焊丝可以包含C和Mn作为奥氏体稳定化元素。

填充焊丝还可以包含Ni作为奥氏体稳定化元素。

填充焊丝可以包含0.6～0.9wt％的C、0.3～0.9wt％的Mn、1.6～3.0wt％的Ni、和余量的Fe及其他不可避免的杂质。

各个涂层钢板可以包含：Al-Si涂层；以及基底材料，其可以包含0.19～0.25wt％的C、0.20～0.40wt％的Si、1.10～1.60wt％的Mn、0.03wt％或更少的P、0.015wt％或更少的S、0.10～0.60wt％的Cr、0.0008～0.0050wt％的B、余量的Fe及其他不可避免的杂质。

该方法还可以包括通过热冲压使使用填充焊丝的激光焊接的拼焊板成形，并然后以40℃/s或更高的淬火速率将其淬火以将焊接部结构转变为马氏体结构。

附图说明

基于结合附图的以下详细描述，本发明的特征和优点将被更清晰地理解，其中：

图1是示出现有技术中随铝含量和温度而变的转变曲线的图表；

图2是示出随奥氏体稳定化元素含量的增加而变的转变曲线的移动的图表；

图3是示出随镍含量的增加而变的转变曲线的图表；

图4是示出随填充焊丝的镍含量而变的拉伸试验结果的示意图。

具体实施方式

本发明的示例性实施方式将在以下参考附图进行更详尽的描述。然而，本发明可以以不同形式表现而且不应被解释为限制于本文所示的实施方式。更确切地说，提供这些实施方式来使得当前的公开透彻并完整，并向本领域技术人员全面地表达本发明的范围。贯穿当前的公开，在本发明的多个图和实施方式中，相同的附图标记指代相同的部件。

根据本发明实施方式的制造拼焊板的方法的主要观点是，当通过激光焊接将一对或多对具有不同材料或厚度的不同涂层钢板相互连接来制造具有局部不同材料特性的拼焊板时，防止例如由于涂层组分混入焊接部而引起的强度变差的问题。

通常而言，当涂层钢板以不去除焊接部的涂层的状态通过激光结合时，当涂层熔融并混入焊接部时，造成例如焊接部的强度变差的问题。这是因为焊接部具有涂层钢板的基底材料与涂层的混合组分而使焊接部表现出与基底材料不同的材料特性。出于该原因，造成焊接部的强度变差。

具有淬硬性的硼钢板被主要用作热冲压成形用的拼焊板的基底材料，且Al-Si涂层被主要用作涂层。

图1是示出常规转变曲线的图表。

如图1所示，当涂层被混入焊接部并且焊接部的Al含量增加时，即使焊接部位在900～950℃的温度加热也无法确保完全的奥氏体结构，并且即使将焊接部在热冲压成形后淬火，焊接部仍具有铁素体与马氏体彼此并存的结构而非具有完全的马氏体结构。出于该原因，引起焊接部强度的变差。

在本发明所用的拼焊板中，使用包含0.19～0.25wt％的C、0.20～0.40wt％的Si、1.10～1.60wt％的Mn、0.03wt％或更少的P、0.015wt％或更少的S、0.10～0.60wt％的Cr、0.0008～0.0050wt％的B、余量的Fe及其他不可避免的杂质(例如Cu、Mo、Ti、Nb等，与上述组分不同)的基底材料，并且采用Al-Si涂层。

在根据本发明实施方式的制造拼焊板的方法中，优选通过在激光焊接中使用填充焊丝来调整焊接部的组分，使焊接部在900～950℃的温度下具有完全的奥氏体结构。

因此，通过将焊接部在热冲压成形后进行淬火而使焊接部转变成具有完全的马氏体结构，以此方式来增加其强度，从而可以使焊接部具有所需的材料特性。

图2是示出随奥氏体稳定化元素含量的增加而变的转变曲线的移动的图表。

如图2所示，C和Mn是奥氏体稳定化元素。由于随着元素含量的增加，共析温度A_C3降低，转变曲线向右移动，因此奥氏体部分增加。

因此，根据本发明实施方式的填充焊丝优选含有C和Mn作为奥氏体稳定化元素。

因此，当在焊接之后的热冲压成形中焊接部在900～950℃的温度下加热时，焊接部具有完全的奥氏体结构，并且在热冲压成形后将焊接部淬火时，焊接部转变成具有完全的马氏体结构。

优选地，根据本发明实施方式的填充焊丝还包含Ni作为奥氏体稳定化元素。

图3是示出随镍含量增加而变的转变曲线的图表。

如图3所示，随着填充焊丝中镍含量的增加，共析温度A_C3降低。

根据本发明实施方式的填充焊丝优选包含0.6～0.9wt％的C、0.3～0.9wt％的Mn、1.6～3.0wt％的Ni、和余量的Fe及其他不可避免的杂质(例如Cu、Mo、Ti、Nb等，与上述组分不同)。

这是因为当C含量低于0.6wt％时奥氏体部分的增长速率低，铁氧体结构在在焊接时在900～950℃温度下共存于焊接部中，并且由于当C含量超过0.9wt％时焊接部的硬度和强度会过度增加，在冲击如碰撞发生时在焊接部引起开裂。

此外，当Mn和Ni在上述组成范围之外时，在900～950℃的温度下焊接部不具有完全的奥氏体结构。出于此原因，问题在于，已完成产品的焊接部的材料特性在热冲压成形后改变，并产生缺陷如焊接部的开裂。

图4是示出随填充焊丝的镍含量而变的拉伸测试结果的示意图。

如图4所示，当填充焊丝的Ni含量为1.6～3.0wt％时，由于焊接部强度的增加，在拉伸试验中引起基底材料的开裂，而当Ni含量小于1.6wt％或超过3.0wt％时，在拉伸试验中引起焊接部的开裂。

如图2至4所示，当根据本发明实施方式的填充焊丝满足上述组成范围时，焊接部在900～950℃的温度下具有完全的奥氏体结构。所以，可以通过以热冲压成形后对焊接部淬火的方式使焊接部转变为具有完全的马氏体结构来增加焊接部的强度。

换言之，本发明的填充焊丝可以在即使涂层的Al在焊接时混入焊接部的情况下也能通过填充焊丝中包含的奥氏体稳定化元素使得焊接部在热冲压成形后具有完全的马氏体结构。因此，即使在不去除涂层的情况下实施焊接，也能防止焊接部的硬度和强度的变差，从而可以防止焊接部的开裂。

此外，在根据本发明实施方式的制造拼焊板的方法中，优选通过在热冲压成形后以40℃/s或更高的淬火速率对焊接部淬火，从而使焊接部转变为具有马氏体结构。

在本发明中，优选在热冲压成形后立即开始淬火(在0.5秒之内)并将淬火中的平均淬火速率设定为40℃/s或更高。

当淬火速率设定为40℃/s或更低时，由于晶粒生长，难以完善焊接部的结构。结果，在淬火后难以将焊接部的结构转变为完全的马氏体结构。

根据本发明的示例性实施方式，当通过激光焊接制造拼焊板时，由于不需要涂层的去除和重新涂覆工序，可以通过缩短生产时间来改善生产率并降低制造成本。

此外，由于焊接部具有完全的马氏体结构，焊接部的质量可以得到改善。

尽管本发明已经针对具体实施方式进行了阐述，对于本领域技术人员而言，清晰可见的是，可以做出多种改变和修改而不偏离在权利要求中限定的本发明的主旨和范围。

Claims

1.一种制造拼焊板的方法，包括：

通过使用填充焊丝的激光将一对或多对具有不同厚度或强度的不同涂层钢板进行焊接。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述填充焊丝包含在各个所述涂层钢板的涂层被混入焊接部时使所述焊接部在900～950℃的温度下转变为具有奥氏体结构的组分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

所述填充焊丝包含C和Mn作为奥氏体稳定化元素。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述填充焊丝还包含Ni作为奥氏体稳定化元素。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述填充焊丝包含0.6～0.9wt％的C、0.3～0.9wt％的Mn、1.6～3.0wt％的Ni、余量的Fe及其他不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，

各个所述涂层钢板包含：

Al-Si涂层；以及

基底材料，其包含0.19～0.25wt％的C、0.20～0.40wt％的Si、1.10～1.60wt％的Mn、0.03wt％或更少的P、0.015wt％或更少的S、0.10～0.60wt％的Cr、0.0008～0.0050wt％的B、余量的Fe及其他不可避免的杂质。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，

还包括通过热冲压使使用所述填充焊丝的激光焊接的拼焊板成形，并接着以40℃/s或更高的淬火速率将所述拼焊板淬火以使所述焊接部的结构转变为马氏体结构。