具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材、使用其的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法和通过其生产的焊接产品与流程

1.本公开内容涉及具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材、使用其的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法和由其制造的焊接产品。


背景技术：

2.为了在确保汽车安全性的同时减少排放或改善燃料效率，要求用于车身的材料具有高强度。然而，当材料的强度增加时，诸如压制等的成型是困难的，并且在用于组装部件的焊接中出现问题。这是因为为了提高材料的强度而添加的诸如c、si、cr、mn等的元素增加了焊缝淬透性，并因此存在增加焊接区的脆性的问题。
3.热压成型是通过将材料加热至a3转变温度或更高，然后在通过压机成型的同时将其冷却来制造产品。此时，材料中的奥氏体通过压模经由快速冷却转变为马氏体，以提高材料的强度。该技术越来越多地应用于汽车中需要优异碰撞性能的部件，例如b柱等。此外，为了提高强度和减轻重量，对于每个位置使用通过具有不同厚度或钢种的激光焊接材料制造的twb板来制造部件的情况正在增加。
4.另一方面，当对加热至高温的板材进行压制成型时，在板材的表面上出现诸如氧化和脱碳的问题，或者出现板材粘着至模具的问题等。出于该原因，在主要用作汽车用材料的现有镀锌钢板的情况下，由于锌的蒸发温度(约906℃)低而难以使用。为了解决该问题，铝涂覆钢板或铝-硅涂覆钢板的使用正在增加。然而，铝和硅是促进铁素体形成的元素，并因此导致使热成形部件的焊接区的强度降低的问题。即，当对铝涂覆钢板或铝-硅涂覆钢板进行焊接时，镀层的铝或硅组分被混入到焊接区中而促进铁素体产生，并因此，阻碍了热成形部件的焊接区中马氏体的形成，从而导致强度降低。
5.作为用于解决这些问题的技术，提供了专利文献1。专利文献1提出了在用刷子或激光除去待形成焊接区的区域中的镀层之后进行激光焊接的方法。然而，由于该方法需要另外的处理，因此存在工艺变得复杂并且成本增加的问题。
6.作为另一种技术，存在专利文献2。在专利文献2中，提出了使用填充焊丝促进焊接区中的奥氏体形成的方法。然而，该方法具有以下问题：奥氏体形成促进元素的添加量受到限制，以及由于因焊道的过度形成而需要另外的加工步骤，因此部件的制造成本增加。
7.[现有技术文献]
[0008]
(专利文献1)ep 2007545
[0009]
(专利文献2)us2020/0353983


技术实现要素：

[0010]
技术问题
[0011]
本公开内容的一个方面提供了具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线
材、使用其的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法和由其制造的焊接产品。
[0012]
技术方案
[0013]
根据本公开内容的一个方面，具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材包含树脂基体；以及设置在树脂基体内部的两根或更多根碳丝。
[0014]
根据本公开内容的另一个方面，作为对两块或更多块铝基涂覆钢板进行激光焊接的焊接方法，一种对具有基于铝的涂层的钢板进行激光焊接的方法包括在激光焊接期间进给碳丝线材，所述碳丝线材包含树脂基体；以及在树脂基体内部设置有两根或更多根碳丝。
[0015]
根据本公开内容的另一个方面，提供了通过上述生产方法生产的焊接产品。
[0016]
有益效果
[0017]
根据本公开内容的一个方面，提供了具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材、使用其的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法和由其制造的焊接产品，并因此，当通过热压成形制造部件时可以在不需要另外的处理的情况下解决与基体材料相比焊接区的强度降低的问题。
附图说明
[0018]
图1为根据本公开内容的一个实施方案的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材的截面图。
[0019]
图2提供了用光学显微镜观察到的根据本公开内容的一个实施方案的发明例1和比较例1的焊接区的照片。
[0020]
图3提供了用扫描电子显微镜观察到的根据本公开内容的一个实施方案的发明例1和比较例1的焊接区的照片。
[0021]
图4为通过经由电子探针显微分析(electron probe micro analysis，epma)观察发明例1和比较例1的焊接区中al和c的浓度而获得的照片。
[0022]
图5为示出根据本公开内容的一个实施方案的发明例1和比较例1的焊接区的硬度分布的图。
[0023]
图6提供了在拉伸测试之后用扫描电子显微镜观察到的根据本公开内容的一个实施方案的发明例1和比较例1的断裂面的照片。
具体实施方式
[0024]
在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材。
[0025]
图1为根据本公开内容的一个实施方案的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材的截面图。
[0026]
如图1中所示，本公开内容的碳丝线材10包含树脂基体1以及设置在树脂基体1内部的两根或更多根碳丝2。
[0027]
树脂基体提供了强度和刚性，使得具有非常小的直径的碳丝彼此结合以供应至焊接区，并且通过被激光束分解而产生的c的一部分并入焊接区中并用于帮助抑制铁素体的产生。在本公开内容中，树脂基体的类型没有特别限制，但可以使用热塑性树脂、热固性树脂等，并且可以使用例如聚酰胺、聚氯乙烯、聚缩醛、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯
酯、聚丙烯酸酯、甲基丙烯酸树脂、聚偏二氯乙烯、氟树脂、聚碳酸酯、酚醛树脂、呋喃树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、不饱和酯树脂、醇酸树脂、聚氨基甲酸酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺、聚硫化物、聚硅氧烷、丁腈橡胶等。
[0028]
在焊接期间，碳丝被激光束分解并并入焊接区中，从而抑制铁素体的产生。更具体地，常规焊丝添加有与镀覆钢板的基体材料组分相似水平(1％或更少)的c，而本公开内容的碳丝可以包含更高水平的碳，并因此，即使在焊接区中混合有镀层的al，也可以抑制铁素体的产生。另一方面，当碳丝的数量为两根或更多根时，碳丝线材的进给性可以得到改善。这是因为碳丝具有非常细的直径并且过于柔性，这不利于进给，因此当用树脂浸渍数根碳丝时，刚性增加。
[0029]
碳丝线材的直径可以为0.1mm至5mm。如果碳丝线材的直径小于0.1mm，则在焊接期间可能难以供应碳丝线材，而如果碳丝线材的直径超过5mm，则并入焊接区的碳的量过多，并且在焊接期间也可能难以通过激光束使碳丝线材充分熔化。
[0030]
碳丝的长径比(长度/直径)可以为10000或更大。如果碳丝的长径比小于10000，则可能无法确保足够的延性，并因此在焊接期间，碳丝线材的顺利且连续的进给可能变得不可能。碳丝的长径比(长度/直径)越高，越有利于连续工作，并因此在本公开内容中该上限没有特别限制。
[0031]
碳丝的直径可以为1μm至1000μm。如果碳丝的直径小于1μm，则其在制造过程期间可能容易断裂，并且碳丝线材中的碳含量也可能降低，而如果碳丝的直径超过1000μm，则碳丝线材的柔性降低，并且在焊接期间可能难以通过激光束使碳丝线材充分熔化。
[0032]
基于碳丝线材的截面，碳丝在碳丝线材中所占的分数可以为50面积％至90面积％。树脂基体容易燃烧并且不会显著促进焊接区的碳并入，而是会污染焊接区或周围环境。因此，如果碳丝的面积比小于50％，则焊接区或周围环境可能被污染。另一方面，如果碳丝的面积比超过90％，则碳丝之间的结合力减弱，并且进给性能可能劣化。
[0033]
另一方面，碳丝中的至少一者可以用实心焊丝替代。实心焊丝由与镀覆钢板的基体材料相似的组分构成并且用于补充由于焊接区中的空隙、飞溅等而可能出现的缺焊(underfill)(填充不足)，或者用于通过增加焊接区的增强(重叠)来强化焊接区。此外，由于实心焊丝具有相对高的刚性，因此碳丝线材的强度和刚性可以得到改善。
[0034]
所使用的实心焊丝可以是本领域中通常使用的实心焊丝，并且可以以重量％计包含例如c：0.001％至1.0％、mn：0.01％至25％、si：0.01％至5.0％、余量中的fe和不可避免的杂质。
[0035]
实心焊丝的直径可以为0.01mm至0.05mm。如果实心焊丝的直径小于0.01mm，则增加焊接区的体积、增强刚度等的效果可能降低，而如果实心焊丝的直径超过0.05mm，则增加焊接区的碳含量的效果可能降低。
[0036]
同时，在本公开内容中，制造碳丝线材的方法没有特别限制。然而，例如，碳丝线材可以通过以下来生产：使碳丝在配备有液体或增塑树脂的容器中穿过，通过所需直径的喷嘴，然后使其自然冷却，或者如有必要，使其经受硬化处理。此时，碳丝可以以绞合形式(彼此扭绞)存在以易于进给至配备有树脂的容器。
[0037]
在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的用于具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法。
[0038]
根据本公开内容的一个实施方案的用于具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法是对铝基涂覆钢板进行激光焊接的焊接方法，并且其特征在于在激光焊接期间进给包含树脂基体、以及设置在树脂基体内部的两根或更多根碳丝的碳丝线材。
[0039]
在本公开内容中，激光焊接方法没有特别限制，并且可以使用本领域中通常使用的所有方法。只要镀覆钢板还具有在其上形成的基于铝的涂层，就可以使用本领域中使用的所有类型的钢板。此外，待焊接的镀覆钢板可以具有不同的厚度或强度。另一方面，基于铝的涂层可以为基于al的镀层或基于al-si的镀层。
[0040]
在激光焊接期间，焊接热输入可以为10j/mm至200j/mm。如果焊接热输入小于10j/mm，则可能难以使待焊接的材料或碳丝线材充分熔化，而如果焊接热输入超过200j/mm，则待焊接的材料和碳丝熔融材料可能由于熔化而损失。另一方面，焊接热输入(q)可以作为q＝p
l
/v获得，其中p
l
为激光功率(瓦特(w))，以及v为焊接速度(mm/秒)。
[0041]
碳丝线材的进给速度可以为2mm/秒至200mm/秒。如果碳丝线材的进给速度小于2mm/秒，则由于焊接区中的碳稀释的量小，可能难以抑制铁素体相的产生，而当碳丝线材的进给速度超过200mm/秒时，难以用激光束使碳丝线材充分溶解，此外，向焊接区添加过量的碳可能使焊接区变弱。另一方面，进给速度(s)可以通过s＝t
·
v/d获得，其中t为待焊接的材料的厚度(mm)，v为焊接速度，d为碳丝线材的直径(mm)。另一方面，当待焊接的材料(即镀覆钢板)的厚度彼此不同时，可以考虑平均厚度来获得进给速度。
[0042]
在下文中，将描述根据本公开内容的一个实施方案的焊接产品。
[0043]
本公开内容提供了通过使用上述碳丝线材的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法制造的焊接产品。
[0044]
在本公开内容中，由于未除去其中待形成焊接区的区域的镀层，因此在焊接产品中，镀覆钢板的镀层中的al被混入到焊接区中。此外，由于焊接使用碳丝线材来进行，因此焊接区的c含量也增加。因此，与基体金属相比，本公开内容的焊接产品具有更高含量的al和c。因此，在焊接区中容易形成马氏体组织，并且强度和刚性得到改善。
[0045]
另一方面，焊接产品可以为焊接钢板或通过对焊接钢板进行热压成形而获得的模制部件。模制部件可以为其中两块或更多块钢板可以具有相同的厚度或强度，但也可以具有不同的厚度或强度的拼焊板(tailor welded blank，twb)。此外，模制部件可以应用于汽车的a柱、b柱、保险杠横梁、门横梁、横向构件等。
[0046]
发明实施方式
[0047]
在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开内容。然而，以下实施例仅为用于更详细地说明本公开内容的实施例，并不限制本公开内容的范围。
[0048]
(实施例)
[0049]
在制造具有下表1中所示的条件的碳丝线材之后，将具有基于al-si的镀层的抗拉强度1.5gpa级钢板对接，然后在进给碳丝线材的同时在表1中所示的条件下进行激光焊接。此时，使用环氧树脂作为树脂基体。在对以这种方式制造的焊接产品进行热压成形之后，测量焊接区的显微组织、抗拉强度和硬度，然后将结果示于下表2中。另一方面，比较例1在不供应焊丝的情况下进行自熔焊接。
[0050]
通过对具有焊接区的试样进行模制和抛光，然后用2％的奈塔尔硝酸乙醇(nital)腐蚀溶液对其进行腐蚀来用光学显微镜观察显微组织。
[0051]
对于抗拉强度，根据ks b 0801 no.13b标准对试样进行处理，根据ks b 0802进行拉伸测试，并测量最大载荷。
[0052]
根据ks b 0811在500gf的载荷下通过维氏硬度测试测量硬度。
[0053]
[表1]
[0054][0055]
[表2]
[0056]
区分显微组织抗拉强度(mpa)硬度(hv)比较例1铁素体+马氏体910270发明例1马氏体1250650
[0057]
如从表1和表2中可以看出，发明例1由于马氏体的形成而具有高的抗拉强度和硬度，然而，可以看出比较例1由于一些铁素体的形成而具有低的抗拉强度和硬度。
[0058]
图2提供了用光学显微镜观察到的发明例1和比较例1的焊接区的照片，以及图3提供了用扫描电子显微镜观察到的发明例1和比较例1的焊接区的照片。如通过图2和图3可以看出，在发明例1的情况下，形成马氏体，而在比较例1的情况下，可以看出除了马氏体之外还形成铁素体。
[0059]
图4为通过电子探针显微分析(epma)观察发明例1和比较例1的焊接区中al和c的浓度而获得的照片。如从图4中可以看出，发明例1和比较例1具有相似的al含量，但在比较例1中，焊接区和基体材料的c含量处于相似的水平，而在发明例1中，可以看出与基体材料相比焊接区的c含量高。
[0060]
图5为示出发明例1和比较例1的焊接区的硬度分布的图。如从图5中可以看出，在发明例1的情况下，与基体材料相比焊接区的硬度高，而在比较例1的情况下，与基体材料相比焊接区的硬度低。
[0061]
图6提供了在发明例1和比较例1的拉伸测试之后用扫描电子显微镜观察到的断裂面的照片。如从图6中可以看出，在发明例1的情况下，观察到细小的晶内断裂，而在比较例1中，可以看出发生了解理断裂。
[0062]
[附图标记说明]
[0063]
1：树脂基体
[0064]
2：碳丝
[0065]
10：碳丝线材

技术特征：
1.一种具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，包含：树脂基体；以及设置在所述树脂基体内部的两根或更多根碳丝。2.根据权利要求1所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中所述碳丝线材的直径为0.1mm至5mm。3.根据权利要求1所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中所述碳丝的长径比(长度/直径)为10000或更大。4.根据权利要求1所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中所述碳丝的直径为1μm至1000μm。5.根据权利要求1所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中基于所述碳丝线材的截面，所述碳丝在所述碳丝线材中所占的分数为50面积％至90面积％。6.根据权利要求1所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中所述碳丝中的至少一者用实心焊丝替代。7.根据权利要求6所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中所述实心焊丝以重量％计包含c：0.001％至1.0％、mn：0.01％至25％、si：0.01％至5.0％、余量中的fe和不可避免的杂质。8.根据权利要求6所述的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材，其中所述实心焊丝的直径为0.01mm至0.05mm。9.一种对具有基于铝的涂层的钢板进行激光焊接的方法，所述方法是对两块或更多块铝基涂覆钢板进行激光焊接的焊接方法，包括：在所述激光焊接期间进给碳丝线材，所述碳丝线材包含树脂基体；以及设置在所述树脂基体内部的两根或更多根碳丝。10.根据权利要求9所述的对具有基于铝的涂层的钢板进行激光焊接的方法，其中所述基于铝的涂层为基于al的镀层或基于al-si的镀层。11.根据权利要求9所述的对具有基于铝的涂层的钢板进行激光焊接的方法，其中在所述激光焊接期间，焊接热输入为10j/mm至200j/mm。12.根据权利要求9所述的对具有基于铝的涂层的钢板进行激光焊接的方法，其中所述碳丝线材的进给速度为2mm/秒至200mm/秒。13.一种根据权利要求9至12中任一项生产的焊接产品。14.根据权利要求13所述的焊接产品，其中所述焊接产品的特征在于与基体材料相比，焊接区的al含量和c含量高。

技术总结
本发明的一个实施方案提供了具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接用的碳丝线材、通过使用其的具有基于铝的涂层的钢板的激光焊接方法和通过其生产的焊接产品，所述碳丝线材包含：树脂基体；以及设置在树脂基体内部的两根或更多根碳丝。或更多根碳丝。或更多根碳丝。


技术研发人员：李穆泳 崔斗烈 严祥镐 韩到暻
受保护的技术使用者：浦项股份有限公司
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2023/10/6