CN118492629B

CN118492629B - 镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺

Info

Publication number: CN118492629B
Application number: CN202410964848.XA
Authority: CN
Inventors: 高玉来
Original assignee: SHANGHAI UNIVERSITY
Current assignee: SHANGHAI UNIVERSITY
Priority date: 2024-07-18
Filing date: 2024-07-18
Publication date: 2024-11-12
Anticipated expiration: 2044-07-18
Also published as: CN118492629A

Abstract

本发明涉及一种镀铝硅钢板激光焊接用焊丝、制备工艺和焊接方法。焊丝的成分重量百分比为：C 0.20‑0.45%，Si 0.20‑0.40%，Mn 2.0‑5.0%，Ni 1.0‑10.0%，Cu 0.5‑5.0%，B 0.003‑0.005%，P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe和其它不可避免杂质。制备工艺包括真空感应熔炼、热锻、热挤压、多次冷拔及中间退火处理。焊接方法通过调整焊丝与焊接方向形成30°至60°的倾斜角度，并使焊丝与电弧之间形成1‑3mm的错位，从而显著提高焊接接头的强度、降低孔隙率和提高耐腐蚀性能。本发明适用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域，显著改善了镀铝硅钢板的焊接质量。

Description

镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺。

背景技术

近年来，随着制造业和工业自动化的快速发展，激光焊接技术逐渐成为一种高效、精确的连接方法，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等领域。其中，镀铝硅钢板因其良好的耐腐蚀性和高强度，越来越多地被采用。然而，在镀铝硅钢板的激光焊接过程中，焊接接头的质量问题一直是一个亟待解决的难题。传统的焊接方法，如电弧焊接和电阻焊接，由于热输入量大、焊接热影响区宽，往往导致焊缝金相组织粗大，焊接接头的力学性能下降。而激光焊接具有能量密度高、热影响区小、焊接速度快等优点，可以在一定程度上克服传统焊接方法的缺陷。然而，由于镀铝硅层中铝元素和硅元素在焊接过程中会发生熔化并混入焊缝，诱发铁素体形成，导致焊缝组织及焊接接头性能恶化，因此，如何有效控制镀铝硅钢板激光焊接的焊缝质量，成为当前研究的难点和重点。

现有技术在镀铝硅钢板激光焊接方面进行了大量研究，主要集中在：通过去除镀层的方法，如激光消融和机械磨削，以消除镀层对焊缝组织的负面影响。例如：中国专利CN101426612A公开了一种以铝硅镀层钢板为原料制造只含金属间化合物为预涂层的焊接坯件制造方法。具体为通过机械方法去除镀层中的铝合金层，避免过多的铝熔入熔池；保留镀层中的金属间化合物层。然后对所述焊接坯件进行焊接、热冲压；中国专利CN106334875A公开了一种带铝或铝合金镀层的钢质焊接部件，采用一种带铝或者铝合金镀层的钢制焊接坯件，其由钢制基体和镀层构成，镀层包括与所述基体接触的金属间化合物合金层及其上的金属合金层；通过激光烧蚀的方式或者机械剥离的方式去除钢制焊接坯件至少一个镀面上的待焊区域的镀层，保证了热冲压后焊接接头的抗拉强度、延伸率及耐蚀性。激光消融通过高能激光束直接去除镀铝硅层，以减少铝对焊缝组织的负面影响，然而，激光消融设备昂贵，且操作复杂，容易造成基材损伤，影响焊接质量。此外，激光消融过程需要精确控制激光功率和扫描速度，否则可能导致镀层去除不均匀，影响焊接接头的一致性；机械磨削通过物理接触去除镀铝硅层，但此方法效率低，且容易引起基材表面划伤，影响焊接质量。另外机械磨削过程繁琐，难以在大规模工业生产中应用，同时还降低了生产效率并增加了生产成本。

中国专利CN111215751B公开了一种带铝或者铝合金镀层的钢制差强焊接部件及其制造方法，所述焊丝的成分重量百分比为：C0.1～0.25％，Si0.2～0.4％，Mn1.2～2％，P≤0.03％，S≤0.006％，Al<0.06％，Ti0.02～0.08％，Cr0.05～0.2％，余量为Fe和不可避免杂质；焊丝直径为0.8-1.4mm；所述钢板包括基体及其表面上至少一个纯铝或者铝合金镀层，该镀层包括与基体接触的金属间化合物合金层及其上的金属合金层；该专利通过优化了焊丝中的成分，避免了通过激光消融和机械磨削的方法对焊接部件的表面处理，利于预防焊缝生产铁铝金属间化合物及高温铁素体相，最终保证了接头性能符合汽车行业的要求，然而，尽管该专利中焊丝成分中优化了铝和铬的含量，在某些热处理条件下，少量铝和铬可能在晶界处富集，形成脆性相或金属间化合物，从而影响到焊接部件的性能。

本申请提出了一种通过焊丝成分设计来解决镀铝硅钢板激光焊接过程中焊缝质量问题的方法，通过精确控制焊丝成分中的各元素比例，使其在焊接过程中能够有效减少铝和其它有害元素对焊缝组织的影响，从而提高焊缝的均匀性和稳定性。

发明内容

本申请提供一种镀铝硅钢板激光焊接用焊丝，所述焊丝成分重量百分比为：C0.20-0.45％，Si 0.20-0.40％，Mn 2.0-5.0％，Ni 1.0-10.0％，Cu 0.5-5.0%，B 0.003-0.005%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质；

作为一种镀铝硅钢板激光焊接方法的优选技术方案，焊接用焊丝的成分重量百分比为：C 0.23％，Si 0.30％，Mn 3.5％，Ni 6.0％，Cu 3.0%，Mg 0.80，B 0.003%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

一种焊丝的制备工艺，包括如下步骤：

S1.根据设计的成分比例，精确称量Si块、C块、Fe-Mn合金块、Ni-Fe合金块、Fe-Cu合金块以及Fe块;

S2.将称量好的原材料置于真空感应熔炼炉中加热至1550-1600℃，使所有元素完全熔化；

S3.将熔融金属通过铸造工艺浇铸成铸锭，采用快速冷却工艺，以细化晶粒结构，铸锭冷却后，进行初步退火处理，在850-900℃下保温2-4h，消除内部应力，改善材料的延展性；其中，所述快速冷却包括水冷或/且油冷；

S4.将退火后的铸锭进行热锻和热挤压，制成圆棒或方棒，确保材料的致密性和均匀性，对挤压后的棒材进行二次热处理；

S5.将热处理后的棒材进行初步冷拔，拉制成较粗的盘条,然后进行中温退火处理，消除拉拔过程中的应力，改善焊丝的延展性,经过多次冷拔和中间退火工艺，将盘条逐步拉制成所需直径的焊丝，每次冷拔后的直径减少不超过20%，以防止材料脆化,在拉拔至最终直径后，对焊丝进行低温退火处理，以提高焊丝的塑韧性和一致性;其中，所需的直径为0.5至1.8mm，低温退火处理的温度为300至350℃；

S6.使用稀酸溶液对焊丝进行酸洗，去除表面的氧化物和杂质,采用碱性溶液中和酸洗后的焊丝，并用纯净水彻底清洗,根据具体应用需求，对焊丝表面进行防氧化镀层处理，常用的方法包括镀铜或者镀镍涂层，以增强焊丝的耐腐蚀性能。

作为一种焊丝的制备工艺的优选技术方案，所述二次热处理包括如下步骤：在1050-1100℃下保温2-4h，在450-500℃下进行时效处理，保温4-6h。

作为一种焊丝的制备工艺的优选技术方案，在步骤S3中，所述快速冷却包括水冷或/且油冷。

作为一种焊丝的制备工艺的优选技术方案，在步骤S5中，中温退火处理的温度为600-650℃，所需的直径为0.5至1.8mm，低温退火处理的温度为300至350℃。

一种镀铝硅钢板激光焊接方法，包括如下步骤：

S1.钢板焊接前准备：待焊接钢板取平直钢板，所述待焊接钢板包括基体及其表面上至少一个镀层，该镀层包括与基体接触的金属间化合物合金层及其上的金属合金层；对所述待焊接钢板待焊区的镀层不做去除或减薄处理；

S2.预置对接间隙:将两块待焊接钢板的对接间隙预置为0.1至0.5mm；

S3.焊接：采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成30°至60°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动1至3mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8～2.0mm，离焦量为-1～1mm，激光功率控制在4～6kW，焊接速度控制在40～140mm/s；送丝速度为2～8m/min；保护气体为含活性气体的保护气体；

作为一种镀铝硅钢板激光焊接方法的优选技术方案，所述保护气体为纯Ar、纯He或Ar+CO₂组合。

作为一种镀铝硅钢板激光焊接方法的优选技术方案，所述对接间隙呈凸字型，所述凸字型两侧的夹角为α，30°≤α≤50°。凸台形的焊缝通常表明焊接接头在顶部较宽，这有助于更均匀地分布应力，在应力作用下，较宽的顶部可以减少应力集中，降低因局部应力过高而导致的焊缝开裂的风险，此外，这种形状有助于减少焊接过程中可能产生的缺陷，如气孔、夹杂物和未焊透等，这些缺陷会显著削弱焊缝的抗拉强度和延伸率，焊接过程中的热输入和随后的冷却速率对焊缝金属的微观组织有重大影响，凸台形的焊缝通常意味着在焊接过程中有较为充分的热输入和较慢的冷却速率，这有助于形成更细小、均匀的晶粒结构，细小的晶粒可以增强金属的力学性能，包括抗拉强度和塑性延伸率；凸台形焊缝通常可以实现更好的焊接渗透和接合界面，当焊缝和母材之间的结合更为紧密时，焊接接头的整体强度和延展性得到改善，这种良好的结合不仅提供了更大的接触面积，还有助于减少界面处的微观缺陷，如未焊透或夹杂；当夹角α为30°至50°的范围内，通常能够实现焊缝金属和热影响区的最佳微观组织和应力分布，从而改善焊接接头的抗拉强度和延伸率。

本发明的有益效果：

1.硅是焊丝中的脱氧元素，它可以防止铁与氧结合，并可在熔池中还原氧化铁；然而如果单独使用硅脱氧，生成的二氧化硅熔点高(约1710℃)，且该氧化物颗粒细小，难从熔池中浮出，易造成焊缝夹渣，因此本焊丝中硅的重量百分比控制在0.20-0.40％范围内。

2.锰是重要的淬透性元素，对焊缝的韧性有很大影响，它也是脱氧元素，但脱氧能力比硅略差，单独用锰脱氧，生成的氧化锰密度较大，不易从熔池中浮出；因此本焊丝采用硅锰联合脱氧，使脱氧产物为复合硅酸盐(MnO.SiO₂)，其熔点低(约为1270℃)且密度小，在熔池中能凝聚成大块熔渣，有利于上浮，达到良好的脱氧效果；锰还具有脱硫功能，与硫化合生成硫化锰，可降低硫引起的热裂纹倾向；锰与碳形成碳化物（如Mn₃C），这些碳化物分布在钢的基体中，显著提高材料的强度和硬度。综合各方面的因素，锰在本焊丝中的重量百分比控制在2.0至5.0％之间。

3.硼（B）虽然在合金中的添加量通常很小，硼可以在晶界处偏析，填补晶界处的空位或缺陷，从而增强晶界的结合力，这种增强作用可以提高材料的抗裂性和抗蠕变能力，由于硼的作用，材料在高温下的塑性变形能力得到改善，热加工性能增强，减少了热加工过程中产生的裂纹倾向；当硼的含量超过0.005%时，过多的硼会在晶界处形成硼化物。这些硼化物是脆性的，会削弱晶界的韧性，使晶界变脆，从而导致材料在受力情况下容易发生断裂，过量的硼会与其它元素（如铁、铬等）形成复杂的第二相，这些第二相一般是硬而脆的化合物，会降低材料的整体韧性和抗冲击性能，因此，本焊丝中B的重量百分比控制在0.003至0.005％之间；

4.镍作为焊丝的重要合金元素，对焊接接头的性能和焊接过程的稳定性起着关键作用，镍是奥氏体稳定元素，能够在焊缝中稳定和保持奥氏体相，奥氏体相具有较高的塑性和韧性，使得焊缝在低温下仍能保持良好的机械性能，防止脆性断裂，镍能够细化铁基体的晶粒结构，细晶粒结构比粗晶粒具有更高的强度和韧性，显著改善材料的机械性能，另外，镍和铁的组合能形成稳定的钝化膜，这层钝化膜可以有效阻止腐蚀介质（如氧气、水分、酸、碱、氯离子等）对基体金属的侵蚀，显著提高材料的耐腐蚀性；因此，本焊丝中Ni的重量百分比控制在1.0至10.0％之间;

5.铜作为焊接材料的重要成分，对焊接过程和焊接接头的性能有显著的影响，铜的加入可以提高焊缝的韧性和延展性，减少焊接过程中的裂纹倾向，特别是在低温环境下保持良好的机械性能，本焊丝中Ni的重量百分比控制在0.5至5.0％之间;

6.Mn、Ni和Cu在焊丝中的协同作用主要通过稳定奥氏体相、细化晶粒结构、实现固溶强化和析出强化，提高了焊缝的综合性能。Mn和Ni的奥氏体稳定作用确保了焊接过程中的相变行为受到抑制，Cu的析出相和固溶体增强了焊缝的强度和硬度。通过这些物相方面的变化，使焊缝在激光焊接过程中表现出优异的性能，满足各种工业应用的需求。

7.硫在熔池中易形成硫化铁，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低焊缝韧性，会导致钢的热脆。因此焊丝中的硫是有害的，要严格控制其含量。

8.磷在钢种的强化作用仅次于碳，使钢的强度和硬度增加，磷能提高钢的抗腐蚀性能，而塑性和韧性显著降低，特别是在低温时影响更为严重，会导致钢的冷脆。因此焊丝中的磷是有害的，要严格控制其含量。

9.当焊丝与焊接方向形成30°至60°的倾斜角度时，焊丝的熔化和熔池的搅拌效果得到增强,倾斜角度增加了焊丝与熔池的接触面积，促进了金属的流动和混合，使得焊缝金属更加均匀,熔池的对流和搅拌作用增强，有助于减少成分偏析，提高焊缝的均匀性和一致性，从而提高抗拉强度和延伸率;将焊丝从电弧中心向一侧移动1至3mm，有助于形成更宽的熔池，改善焊缝成形，这样的操作可以有效避免焊缝中未熔合和气孔缺陷的产生，适当的错位使得熔池中的气泡更容易逸出，减少了气孔的产生，从而提高焊缝的致密性和强度;

10.适当的倾斜角度和错位操作可以分散焊接过程中产生的热应力和残余应力,热应力和残余应力的均匀分布有助于减少焊缝的应力集中点，防止裂纹和断裂的产生,这样能够提高焊缝的韧性和延伸率，增强焊接接头的整体性能。

附图说明

图1为本申请方案中焊接工艺的装置示意图；

图2是对比例1制备的焊缝的微观金相组织图；

图3是实施例1制备的焊缝的微观金相组织图；

图4是实施例4的实验数据图；

图5是实施例5的实验数据图；

图6为焊缝的结构示意图；

图7是实施例6的实验数据图；

附图标记：1、工作台；2、钢板；3、夹具；4、激光源；5、焊丝；6、焊缝。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其它实施例互相排斥的实施例。

需要说明的是，本申请中待焊接钢板为22MnB5，其化学成分如下表1：

表1 为待焊接钢板的成分

另外，如图1所示，本申请中焊丝与焊接方向形成的倾斜角度为焊丝形成的直线与两个钢板之间的焊缝形成直线的角度；

请参照图6所示，焊接之后的焊缝的截面呈凸字型（梯形），对接间隙的距离为H，通过对待焊接钢板的一侧机械加工，从而可以形成夹角为α为焊缝，在图中已具体标出。

实施例1

实施例1提供了一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺，其中，

焊丝成分重量百分比为：C 0.23％，Si 0.30％，Mn 3.5％，Ni 6.0％，Cu 3.0%，B0.003%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

焊丝的制备工艺：根据设计的成分比例，精确称量Si块、Fe-C块、Fe-Mn合金块、Fe-B合金块、Ni-Fe合金块以及Fe-Cu合金块以及Fe块;

将称量好的原材料置于真空感应熔炼炉中加热至1600℃，使所有元素完全熔化；

将熔融金属通过铸造工艺浇铸成铸锭，采用快速冷却工艺，待铸锭冷却后，进行初步退火处理，在900℃下保温4h；

将退火后的铸锭进行热锻和热挤压，制成圆棒或方棒，确保材料的致密性和均匀性，对挤压后的棒材进行二次热处理；

将热处理后的棒材进行初步冷拔，拉制成较粗的盘条,然后在600℃进行中温退火处理，消除拉拔过程中的应力，改善焊丝的延展性,经过多次冷拔和中温退火工艺，将焊丝逐步拉制成0.8mm直径的焊丝，每次冷拔后的直径减少不超过20%，以防止材料脆化,在拉拔至最终直径后，对焊丝进行350℃的低温退火处理，以提高焊丝的塑韧性和一致性；

使用稀酸溶液对焊丝进行酸洗，去除表面的氧化物和杂质,采用碱性溶液中和酸洗后的焊丝，并用纯净水彻底清洗,根据具体应用需求，对焊丝表面进行镀铜，以增强焊丝的耐腐蚀性能；

焊接方法：

钢板焊接前准备：待焊接钢板取平直钢板，所述待焊接钢板包括基体及其表面上至少一个镀层，该镀层包括与基体接触的金属间化合物合金层及其上的金属合金层；对所述待焊接钢板待焊区的镀层不做去除或减薄处理；

预置对接间隙:将两块待焊接钢板的对接间隙预置为0.3 mm，对接间隙呈凸字形，夹角为α为30°。

焊接：按照图1所示采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成30°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动2mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8mm，离焦量为1mm，激光功率控制在6kW，焊接速度控制在100mm/s；送丝速度为5m/min；保护气体为含活性气体的保护气体，活性气体为CO₂，Ar气体积百分比为80％，其余为CO₂。

实施例2

实施例2提供了一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺，其中，

焊丝成分重量百分比为：C 0.20％，Si 0.40％，Mn 2.0％，Ni9.0％，Cu 5.0%，B0.005%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

焊丝的制备工艺：精确称量Si块、Fe-C块、Fe-Mn合金块、Fe-B合金块、Ni-Fe合金块以及Fe-Cu合金块以及Fe块；

将称量好的原材料置于真空感应熔炼炉中加热至1550℃，使所有元素完全熔化；

将热处理后的棒材进行初步冷拔，拉制成较粗的盘条,然后在650℃进行中温退火处理，消除拉拔过程中的应力，改善焊丝的延展性,经过多次冷拔和中温退火工艺，将焊丝逐步拉制成1.8mm直径的焊丝，每次冷拔后的直径减少不超过20%，以防止材料脆化,在拉拔至最终直径后，对焊丝进行300℃的低温退火处理，以提高焊丝的塑韧性和一致性；

焊接方法：

预置对接间隙:将两块待焊接钢板的对接间隙预置为0.5 mm，对接间隙呈凸字形，夹角为α为30°。

焊接：按照图1所示采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成45°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动2mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8mm，离焦量为1mm，激光功率控制在6kW，焊接速度控制在100mm/s；送丝速度为5m/min；保护气体为纯Ar气。

实施例3

实施例3提供了一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺，其中，

焊丝成分重量百分比为：C 0.45％，Si 0.20％，Mn 5.0％，Ni10.0％，Cu 0.5%，B0.003%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

将熔融金属通过铸造工艺浇铸成铸锭，采用快速冷却工艺，待铸锭冷却后，进行初步退火处理，在850℃下保温4h，消除内部应力，改善材料的延展性；

将热处理后的棒材进行初步冷拔，拉制成较粗的盘条,然后在600℃进行中温退火处理，消除拉拔过程中的应力，改善焊丝的延展性,经过多次冷拔和中温退火工艺，将焊丝逐步拉制成1.2mm直径的焊丝，每次冷拔后的直径减少不超过20%，以防止材料脆化,在拉拔至最终直径后，对焊丝进行350℃的低温退火处理，以提高焊丝的塑韧性和一致性；

使用稀酸溶液对焊丝进行酸洗，去除表面的氧化物和杂质,采用碱性溶液中和酸洗后的焊丝，并用纯净水彻底清洗,根据具体应用需求，对焊丝表面进行镀镍，以增强焊丝的耐腐蚀性能；

焊接方法：

预置对接间隙:将两块待焊接钢板的对接间隙预置为0.3 mm，对接间隙呈凸字形，夹角为α为50°；

焊接：按照图1所示采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成60°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动2mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8mm，离焦量为1mm，激光功率控制在6kW，焊接速度控制在100mm/s；送丝速度为5m/min；保护气体为含活性气体的保护气体，活性气体为CO₂，Ar气体积百分比为80％，其余为CO₂。

对比例1

该对比例与实施例采用的焊丝成分一样，焊丝成分重量百分比为：C 0.23％，Si0.30％，Mn 3.5％，Ni 6.0％，Cu 3.0%，B 0.003%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

制备工艺也与实施例1相同，这里就不再阐述了。

该对比例与实施例1的焊接工艺区别在于，该对比例没有采用填丝工艺进行焊接，直接用两块钢板进行激光焊接，具体的激光焊接工艺与实施例1相同,焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成30°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动2mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8mm，离焦量为1mm，激光功率控制在6kW，焊接速度控制在100mm/s；送丝速度为5m/min；保护气体为含活性气体的保护气体，活性气体为CO₂，Ar气体积百分比为80％，其余为CO₂。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于本对比例中Mn、Ni以及Cu三个元素中只含有Mn元素，其具体成分含量如下表2所示。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于本对比例中Mn、Ni以及Cu三个元素中只含有Ni元素，其具体成分含量如下表2所示。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于Mn、Ni以及Cu三个元素中只含有Cu元素，其具体成分含量如下表2所示。

对比例5

本对比例与实施例1的区别在于Mn、Ni以及Cu三个元素中只含有Mn、Ni元素，其具体成分含量如下表2所示。

对比例6

本对比例与实施例1的区别在于Mn、Ni以及Cu三个元素中只含有Mn、Cu元素，其具体成分含量如下表2所示。

对比例7

本对比例与实施例1的区别在于Mn、Ni以及Cu三个元素中只含有Ni、Cu元素，其具体成分含量如下表2所示。

对比例8

本对比例与实施1的区别为，待焊接钢板对接间隙呈方形结构。

实施例4

实施例4提供了一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺，其中，

焊丝成分重量百分比为：C 0.21％，Si 0.30％，Mn 5.0％，Ni 1.0％，Cu 2.5%，B0.004%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

将熔融金属通过铸造工艺浇铸成铸锭，采用快速水冷工艺，以细化晶粒结构，铸锭冷却后，进行初步退火处理，在900℃下保温4h，消除内部应力，改善材料的延展性；

焊接方法：

钢板焊接前准备：按照图1所示待焊接钢板取平直钢板，所述待焊接钢板包括基体及其表面上至少一个镀层，该镀层包括与基体接触的金属间化合物合金层及其上的金属合金层；对所述待焊接钢板待焊区的镀层不做去除或减薄处理；

预置对接间隙:将两块待焊接钢板的对接间隙预置为0.3mm，对接间隙呈凸字形，夹角为α为40°；

焊接：采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°、180°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动2mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8mm，离焦量为1mm，激光功率控制在6kW，焊接速度控制在100mm/s；送丝速度为5m/min；保护气体为含活性气体的保护气体，活性气体的体积百分比为80％，该活性气体为CO₂。

实施例5

实施例5提供了一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺，其中，

焊接方法：

焊接：采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成30°的倾斜角度，将焊丝从电弧中心向一侧移动0mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；

其中，激光填丝焊工艺采用激光光斑直径为0.8mm，离焦量为1mm，激光功率控制在6kW，焊接速度控制在100mm/s；送丝速度为5m/min；保护气体为含活性气体的保护气体，活性气体的体积百分比为80％，该活性气体为CO₂。

实施例6

实施例6提供了一种镀铝硅钢板激光焊接方法、焊丝以及制备工艺，其中，

焊丝成分重量百分比为：C 0.22％，Si 0.30％，Mn 5.0％，Ni 6.0％，Cu 2.5%，B0.004%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质。

将称量好的原材料置于真空感应熔炼炉中加热至1550 ℃，使所有元素完全熔化；

焊接方法：

预置对接间隙:将两块待焊接钢板的对接间隙预置为0.3 mm，对接间隙呈凸字形，夹角为α为0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°；

焊接：采用激光填丝焊工艺进行焊接，焊枪和进丝机构位于待焊接钢板的上方位置，焊枪和进丝机构同时进给，确保焊丝进给系统正常工作，调整焊枪角度，使焊丝与焊接方向形成30°的倾斜角度，焊丝从电弧中心向一侧移动4mm，使得焊丝和电弧之间形成错位；

表2实施例1至4以及对比例1至7焊丝成分配比

性能测试

焊接头抗拉强度和延伸率测试方法：从焊接件上切割出标准拉伸试样，确保试样的尺寸和形状符合相关标准要求，试样的焊缝区域应位于拉伸试样的中部，在试样的平行段上标记标准标距（通常为50mm或200mm），将试样安装在万能试验机的夹具中，确保试样对中，避免偏心加载，启动试验机，以恒定的拉伸速度（通常为1-5 mm/min）加载试样，直到试样断裂。

表3为实施例和对比例的实验数据

结合实施例1、对比例1、表3以及图2、图3可以看出，实施例1制备焊缝的抗拉强度和接头延伸率要略大于对比例1制备的焊缝，主要因为对比例1中的少量的铝和铬可能在晶界处富集，形成脆性相或金属间化合物，从而影响到焊接部件的性能；另一方面，从图2和3可以证明，对比例1中焊缝的局部区域含有少量的铁素体，实施例1中焊缝并没有发现铁素体，少量的铁素体影响了焊接性能。

结合实施例1以及对比例2至7以及表3可以看出，Mn、Ni 和 Cu可以协同增强焊缝的抗拉强度和接头延伸率，Mn 和 Ni 的协同作用可以在焊缝中形成均匀细小的奥氏体晶粒，这种结构有助于承受更高的外力而不发生断裂，从而提高抗拉强度和延伸率，Cu 的加入进一步通过固溶强化和析出硬化来提高焊缝的强度，同时其良好的塑性有助于增加延伸率。

结合实施例4以及图4可以看出，当焊丝与焊接方向形成的倾斜角度逐渐增大时，焊缝的抗拉强度和接头延伸率在逐渐增大，当倾斜角度超过60°左右时，随着倾斜角度逐渐增大焊缝的抗拉强度和接头延伸率在逐渐降低，倾斜角度过大或过小，焊缝的成形、熔池搅拌、金属混合、应力分布等方面都会受到不利影响，这将导致焊缝的抗拉强度和延伸率降低，增加缺陷的风险。

结合实施例5以及图5可以看出，焊丝从电弧中心向一侧移动合适的距离，提高了焊缝的抗拉强度，主要因为这种错位距离助于形成更宽的熔池，改善焊缝成形，这样的操作可以有效避免焊缝中未熔合和气孔缺陷的产生，适当的错位使得熔池中的气泡更容易逸出，减少了气孔的产生，从而提高焊缝的致密性和强度。

结合实施例1以及对比例8以及表3可以看出，实施例1制备焊缝的抗拉强度要大于对比例8，从而可以知道，焊缝的形状对抗拉强度和延伸率是有一定的影响的。

结合实施例6以及图7可以看出，随着夹角α的增大，焊缝的抗拉强度和延伸率逐渐增大，当夹角α达到一定值时，焊缝的抗拉强度和延伸率达到最大值，当夹角α超过一定值时，焊缝的抗拉强度和延伸率逐渐减小。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种镀铝硅钢板激光焊接用焊丝的制备工艺，其特征在于，

所述焊丝的成分重量百分比为：C 0.23％，Si 0.30％，Mn 3.5％，Ni 6.0％，Cu 3.0%，B0.003%，P≤0.015％，S≤0.010％，余量为Fe和其它不可避免杂质；

所述制备工艺包括如下步骤：

S1.根据设计的成分比例，精确称量Si块、Fe-C块、Fe-Mn合金块、Fe-B合金块、Ni-Fe合金块、Fe-Cu合金块以及Fe块；

S3.将熔融金属通过铸造工艺浇铸成铸锭，采用快速冷却工艺，以细化晶粒结构，待铸锭冷却后，进行初步退火处理，在850-900℃下保温2-4h；

S4.将退火后的铸锭进行热锻及热挤压，制成圆棒或方棒，对挤压后的棒材进行二次热处理；

S5.将热处理后的棒材进行初步冷拔，拉制成较粗的盘条,然后进行中温退火处理，经过多次冷拔和中间退火工艺，将盘条逐步拉制成所需直径的焊丝,每次冷拔后的直径减少不超过20%，在拉拔至最终直径后，对焊丝进行低温退火处理；

S6.使用稀酸溶液对焊丝进行酸洗，去除表面的氧化物和杂质,采用碱性溶液中和酸洗后的焊丝，并用纯净水彻底清洗,根据具体应用需求，对焊丝表面进行防氧化镀层处理。

2.根据权利要求1所述焊丝的制备工艺，其特征在于，所述二次热处理包括如下步骤：在1050-1100℃下保温2-4h，在450-500℃下进行时效处理，保温4-6h。

3.根据权利要求1所述焊丝的制备工艺，其特征在于，在步骤S3中，所述快速冷却包括水冷或/且油冷。

4.根据权利要求1所述焊丝的制备工艺，其特征在于，在步骤S5中，中温退火处理的温度为600-650℃，所需的直径为0.5至1.8mm，低温退火处理的温度为300至350℃。