CN106363301A - 一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法及其拼接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其中待焊接的钢板表面涂镀铝硅合金层，其特征在于：通过激光束，沿焊接边缘剥除所述待焊接钢板表面的部分铝硅合金层，被去除的所述部分铝硅合金层占原铝硅合金层的90％～95％。本发明通过保留部分铝硅合金层，在保证不影响母材性能的情况下，大大降低了生产成本，及日常维护成本，同时降低了加工难度，提高了加工效率。

Description

一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法及其拼接结构

技术领域

本发明涉及一种钢材焊接技术，尤其涉及一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法及其拼接结构。

背景技术

在一些制造行业中，需要用到有高机械强度、高冲击抗力和优良耐腐蚀性的钢部件，尤其是在汽车工业中被应用广泛。镀铝板，也称镀铝钢板，是铝硅合金镀层的钢板，有良好的耐热性、热反射性、耐腐蚀性，其机械性能与物理性能优于冷轧钢板，是汽车零件制造业中被广泛使用的材料。

汽车要提高燃油效率，其中一种方法就是轻量化，轻量化有许多种方法，例如使用高张力钢板、拼焊板或者拼焊高张力钢板皆是其中方法。通过拼接不同厚薄的钢板材，减轻车身重量，厚一点的钢板用于需要高强度且牢固的部位，而薄一点的钢板仅用于遮挡，对安全要求不高的部位。拼焊高张力钢板需先将焊接区域的铝硅镀层去除，否则铝硅合金层会溶入焊道与钢板母材成为另一种硬脆性质的介金属，而造成强度降低达不到原母材的效果。

为解决上述问题，目前采用高能量短脉冲激光将铝硅镀层100％完全去除，保留高张力钢板1表面的介金属层4(可以保护钢板在900℃的高温中不被氧化及脱碳)，一般需要一组非常精密的光学仪器去实时量测合金层的反射光强度，并将反射光强度信号反馈到激光器内，控制激光器的输出能量强弱，使铝硅合金层2完全去除，仅留下介金属层4，参见图1所示。如中国发明专利CN 101426612A所公开的焊接方法，即为完全去除铝硅镀层后焊接的加工方法。

然而，采用上述技术也带来一些问题：

⑴、由于一张钢板有两个面的铝硅镀层，因此需要去除两面的镀层。因此每一个面的镀层都必须要有一台独立的激光器及一组反馈厚度去除光学量测仪器，来控制度层剥除的厚度，无法仅使用一台高功率激光器作分能量分光给两个面同时去除镀层。否则会得到不同铝硅合金层的残留厚度。

⑵、正、反两面同时加工，则需要两台激光器，两台平均输出功率450W的激光器的价格以及实时量测合金层反射光强度精密的光学仪器都是价值不斐的设备，大大提升生产成本。

⑶、光学镜头最怕灰尘，沾了稍许的灰尘就会影响量测结果，致使镀层剥除效果受到影响，因此对光学仪器的日常维护费用也是相当大的。

发明内容

本发明目的是提供一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法及其拼接结构，通过对方法的改良，在保证焊接性能的情况下，可降低生产成本，提高加工效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其中待焊接的钢板表面涂镀铝硅合金层，通过激光束，沿焊接边缘剥除所述待焊接钢板表面的部分铝硅合金层，被去除的所述部分铝硅合金层占原铝硅合金层的90％～95％。

上述技术方案中，被去除的所述部分铝硅合金层的宽度为0.5mm～1.0mm。

上述技术方案中，所述待焊接钢板通过激光器发出的激光脉冲，同时去除正、反两面上的部分铝硅合金层。

上述技术方案中，经过激光束剥除部分铝硅合金层后，待焊接的钢板进行激光焊接，保留在待焊接钢板上的铝硅合金层中的铝溶于焊缝内，焊接完成后，焊缝内铝的重量比小于0.3％。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高张力镀铝硅涂层钢板的焊接结构，包括相邻两块待焊接的母材钢板，每一块母材钢板的正、反两面上分别设有介金属层，每一所述介金属层上涂镀有铝硅合金层，相邻所述母材钢板之间设有焊缝，靠近所述焊缝处的所述铝硅合金层为保留铝硅合金层，该保留铝硅合金层的厚度为所述铝硅合金层的5％～10％。

上述技术方案中，所述保留铝硅合金层为沿所述焊缝设置，其宽度为0.5mm～1.0mm。

上述技术方案中，所述保留铝硅合金层的厚度小于2微米。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明由于保留了5％～10％的铝硅合金层，去除的铝硅合金镀层不需如此精确，激光脉冲不需接受铝硅合金层反射光强度的实时反馈，因此可以使用一台平均输出功率900W的激光器作分能量分光给两个铝硅合金面同时去除镀层，一台900W的激光器在总价上会比以往两台450W的激光器总价便宜20％～30％，维护成本也同时下降；

2.由于对铝硅合金层为部分去除，因此对去除的精度要求下降，激光可以直接作用于铝硅合金层上，可以省下两套量测合金层反射光强度精密的光学仪器，降低成本；

3.合金层保留5-10％，所以剥除速度可以提高约3％～5％，加工效率得到提升。

附图说明

图1是本发明背景技术中拼接结构示意图；

图2是本发明实施例一中待焊接的钢板结构示意图；

图3是本发明实施例一的拼接结构示意图。

其中：1、钢板；2、铝硅合金层；3、焊缝；4、介金属层；5、保留铝硅合金层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图2～3所示，一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其中待焊接的钢板1表面涂镀铝硅合金层2，通过激光束，沿焊接边缘剥除所述待焊接钢板1表面的部分铝硅合金层，被去除的所述部分铝硅合金层占原铝硅合金层的90％～95％。

在本实施例中，通过一台平均输出功率900W的激光器作分能量分光给正、反两个铝硅合金层2同时去除镀层，被去除的所述部分铝硅合金层的宽度为0.5mm～1.0mm，厚度小于2微米，经过激光束剥除部分铝硅合金层后，待焊接的钢板1进行激光焊接，保留在待焊接钢板1上的铝硅合金层2中的铝溶于焊缝3内，焊接完成后，焊缝3内铝分子的重量比小于0.3％。

具体来说，铝硅合金层2厚度约为20微米，铝硅合金层2内铝的重量比例有88.9％及9.3％的硅，钢板1厚度为0.5-3毫米，拼焊板通常是一张厚板及一张薄板对焊成一张钢板，依据汽车不同部位设计而选用不同厚度的组合。保留介金属层4的目的是作为在高温中(900℃)的保护层，可以防止钢板1氧化及脱碳。

以最常用的轿车B柱(小轿车两扇门中间的柱子)为例，厚板1.8mm，薄板1.5mm。计算焊道(焊缝)中铝在三种不同处理铝硅合金层方法的重量比，第一种是完全没有剥除铝硅合金层的焊道，铝有0.933(wt)％。第二种是将铝硅合金层完全剥除，保留介金属层的焊道，铝有0.199(wt)％。第三种是将铝硅合金层厚度保留5-10％，也保留介金属层的焊道，铝有0.273(wt)％。具体计算如下表1、表2。

表1

上述表1中对铝含量的计算方式为：焊接时表面铝硅层(含介金属)的铝分子会溶入焊道，因此焊道的总体积为(母材高度+铝硅镀层高度(两个面)+铝铁介金属高度(两个面)的厚板)x焊道的长度x焊道的宽度，焊接完成后焊道截面积的体积内混入的铝分子总重量，因为钢板焊道长宽是一样的，因此简化为厚度的比值。最后再将前述的铝分子总重量与厚薄板互熔后焊道内的总重量去相比，而得到的比值。

表2

计算式里所套用的成分比值皆采用可容许的最高值，实际仅有约1/2的量，因此对比完全剥除铝硅合金层焊接后焊道的铝含量，与保留5-10％铝硅合金层焊接后焊道的铝含量，仅增加了0.074％的重量比，是非常的微量，小于0.3％的重量比，符合一般商用汽车钢板对铝组成的重量比率需求,因此对焊接后的抗张强度及其他冶金特性几乎没有影响。

本发明中，设置保留铝硅合金层5，以此降低完全剥除铝硅合金层带来的加工难度及加成成本，而保留的5％～10％的铝硅合金层在焊接过程中，溶入焊道(或焊缝)中的铝含量是少量的，与完全剥除铝硅合金层的方式相比，铝的含量仅增加0.074％的重量比，远远小于国家的相关规定，对母材(钢板)的性能几乎造成影响，但对加工的成本投入来说，是得到大大降低的，因此本发明中的加工方法起到了意想不到的效果，利大于弊的体现。

Claims (7)

1.一种高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其中待焊接的钢板表面涂镀铝硅合金层，其特征在于：通过激光束，沿焊接边缘剥除所述待焊接钢板表面的部分铝硅合金层，被去除的所述部分铝硅合金层占原铝硅合金层的90％～95％。

2.根据权利要求1所述的高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其特征在于：被去除的所述部分铝硅合金层的宽度为0.5mm～1.0mm。

3.根据权利要求1或2所述的高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其特征在于：所述待焊接钢板通过激光器发出的激光脉冲，同时去除正、反两面上的部分铝硅合金层。

4.根据权利要求1或2所述的高张力镀铝硅涂层钢板焊接的加工方法，其特征在于：经过激光束剥除部分铝硅合金层后，待焊接的钢板进行激光焊接，保留在待焊接钢板上的铝硅合金层中的铝溶于焊缝内，焊接完成后，焊缝内铝的重量比小于0.3％。

5.采用权利要求1的加工方法获得的拼接结构，其特征在于：包括相邻两块待焊接的母材钢板，每一块母材钢板的正、反两面上分别设有介金属层，每一所述介金属层上涂镀有铝硅合金层，相邻所述母材钢板之间设有焊缝，靠近所述焊缝处的所述铝硅合金层为保留铝硅合金层，该保留铝硅合金层的厚度为所述铝硅合金层的5％～10％。

6.根据权利要求5所述的拼接结构，其特征在于：所述保留铝硅合金层为沿所述焊缝设置，其宽度为0.5mm～1.0mm。

7.根据权利要求5所述的拼接结构，其特征在于：所述保留铝硅合金层的厚度小于2微米。