用于結合兩個坯件的方法以及坯件以及得到的產(chǎn)品的制作方法
【專利說明】用于結合兩個坯件的方法以及坯件以及得到的產(chǎn)品
[0001] 本申請要求2013年12月12日提交的歐洲專利申請EP13382506. 7的權益。
[0002] 本公開涉及用于結合兩個坯件的方法，以及用于結合兩個坯件之后得到產(chǎn)品的方 法。本公開進一步涉及由任何這些方法得到或可得到的產(chǎn)品。
【背景技術】
[0003] 用于金屬件的生產(chǎn)的、具有以低成本減小部件重量為目標的新材料和工藝的發(fā)展 在汽車工業(yè)中是極為重要的。為了實現(xiàn)這些目標，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)出超高強度鋼（UHSS)，該超 高強度鋼具有每重量單位的優(yōu)化最大強度和有利的可成型性性能。這些鋼被設計為經(jīng)過熱 處理后實現(xiàn)一種微結構，這種微結構被賦予良好的機械性能并且使之尤其適用于被使用于 將鋼坯件形成為特定汽車部件的熱沖壓工藝。由于在熱沖壓工藝的過程期間，坯件承受侵 蝕性的大氣，通常對鋼進行涂層以避免腐蝕和氧化。
[0004] 在使部件的重量最小化同時考慮結構要求的嘗試中，可以使用所謂的"拼焊坯件" 技術。在這些技術中，部件可以由通過將具有不同厚度、尺寸和特性的若干坯件焊接得到的 復合金屬坯件制成。至少理論上，使用這種技術可以優(yōu)化對材料的使用。例如，不同厚度的 坯件可以被結合或鋼坯件可以與被涂層的鋼坯件結合，將每種材料的具體特性使用在其所 需要的地方。
[0005] 這些坯件可以"邊對邊""對接"）焊接。這些所謂的拼焊坯件被設計為被熱沖 壓并且然后被制造以形成汽車部件。拼焊坯件可以被用于諸如門、B柱、梁、地板等的結構 部件。
[0006] 類似地，"拼合"坯件是已知的，其中，若干坯件不必"邊對邊"焊接，而是可以使用 部分或完全重疊的坯件。
[0007] 在汽車工業(yè)中使用的鋼的示例是22MnB5鋼。為了避免成形工藝的過程期間的脫 碳和結垢，22MnB5呈現(xiàn)有硅鋁合金涂層。從Arcelor Mittal可商購的IJsibor?1500P和 Ductibor 500P是用在拼焊和拼合坯件中的鋼的示例。
[0008] 拼合坯件和拼焊坯件還可以用于或實用于其他工業(yè)中。
[0009] Usibor⑩1500P以鐵素體-珠光體相被提供。它是以均質(zhì)模式分布的細晶粒 結構。機械性能與這種結構相關。在加熱、熱沖壓工藝和后續(xù)的淬火后，產(chǎn)生了馬氏體微結 構。作為結果，最大強度和屈服強度顯著增加。
[0010] Usibor的組成以重量百分比被總結在下表中（其余是鐵（Fe)和不可避免的雜 質(zhì)）：
[0012] 如以上所提到的，Usibor 1500被提供有硅鋁合金（AlSi)涂層以便防止腐蝕和氧 化損害。然而，這種涂層相對于其焊接性能具有顯著的缺點。如果Usibor坯件不帶任何進 一步的措施來焊接，則涂層的鋁可進入焊接區(qū)域，這能夠導致顯著降低所得到的部件的機 械性能并增加焊接區(qū)中弱破碎的可能性。
[0013] 為了克服這種問題，在DE202007018832 Ul中提出了一種方法，該方法在于（例 如，通過激光器燒蝕）移除該涂層接近焊接縫隙的區(qū)域中的一部分。這種方法的缺點是：對 于（拼焊）坯件和部件的生產(chǎn)需要附加步驟，并且盡管該工藝具有重復性質(zhì)，這個附加步驟 需要伴隨升高的報廢零件數(shù)量的復雜的質(zhì)量工藝。這需要增加焊接工序的成本并限制該技 術在行業(yè)中的競爭力。
[0014] WO 2013/045497公開了用于對焊涂層金屬板的方法，其中呈氣體-粉末流的形式 的至少一種粉末焊接添加劑以2m/s至50m/s的速度被饋送至焊接恪化。需要相對高的速 度以實現(xiàn)在焊接區(qū)添加的粉末的混合。
[0015] 由于鋁進入焊縫區(qū)而導致的可焊性差的問題不僅從焊接板或涂層鋼的坯件已知， 還可例如在焊接兩個鋁坯件或將（帶有或不帶有涂層的）鋼坯件與鋁坯件焊接在一起時發(fā) 現(xiàn)。
[0016] 本文的坯件可被視為具有尚未經(jīng)受一個或多個工藝步驟（如變形、機械加工、表 面處理或其他）的制品。這些制品可以是基本上平的板或具有更復雜的形狀。
[0017] 在本文中所描述的焊接方法的示例中，避免或至少部分地減少了前述缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 在第一方面，本公開提供了用于將第一坯件與第二坯件結合的方法，其中，該第一 坯件與第二坯件中的至少一者至少包括鋁層或鋁合金層。該方法包括選擇該第一坯件的待 結合到該第二坯件的第一部分，并且選擇該第二坯件的待結合到該第一部分的第二部分； 將該第一部分雙點焊到該第二部分，同時將金屬粉末提供給焊接區(qū)。坯件的第一部分和第 二部分以及在該焊接區(qū)中的金屬粉末在焊接的過程中被熔化，并且該金屬粉末與經(jīng)熔化的 第一部分和第二部分混合。該金屬粉末是包括γ源（ga_agenic)元素的鐵基粉末。
[0019] 根據(jù)這個方面，在該焊接區(qū)中可存在鋁，但在熱形變過程（例如熱沖壓）后，其并 不使機械性能變得更壞。由于包括γ源元素的鐵基粉末被引入該焊接區(qū)中并且與經(jīng)熔化 的鋁混合，可以通過加熱得到奧氏體（γ相鐵，γ-Fe)。在熱形變后的淬火過程中，可因此 得到給予令人滿意的機械特性的馬氏體微結構。
[0020] 在雙點焊中，熔化和焊接在兩個焦點中同時發(fā)生。這兩個點可以與焊接的方向平 行地對齊（與雙光束點平行），或垂直（與雙光束點垂直）于焊接的方向。垂直雙點帶來 更寬的熔池并且至少理論上由于更寬的加熱區(qū)域可以取代小孔而產(chǎn)生對流焊接。平行雙點 (彼此前后）在焊接過程中傳送較低的熱梯度。
[0021] 不束縛于任何理論，發(fā)明者相信是η雙點焊，在焊接區(qū)中的馬蘭戈尼效應和在焊 接區(qū)中的粉末的混合物可能會由于在焊接區(qū)中產(chǎn)生的"旋渦"而被改善。
[0022] 在使用雙點焊的示例中，激光器功率可被均等或不均等地在這兩個焊點之間劃 分。
[0023] 因此，不需要例如在一些現(xiàn)有技術的方法中提出的去除鋁或鋁合金層。當例如涂 層的鋼坯件要被焊接時，由于中間工藝步驟不再必要，這可以更快且更便宜的完成。
[0024] γ源元素在本文中被理解為促進伽馬相、即奧氏體相的化學元素。γ源元素可以 從包括鎳（Ni)、碳（C)、鈷（Co)、錳（Mn)和氮（N)的組中進行選擇。其他因素也可納入金屬 粉末的組成的考慮中，例如促進硬度（鉬（Mo)將是合適的元素）和/或耐腐蝕性（在這種 情況下，硅（Si)和鉻（Cr)將是合適的成分）。
[0025] 鋁合金在本文中理解為金屬合金，其中鋁是主要元素。
[0026] 優(yōu)選地，γ源元素在粉末中的量足以補償α源（alphagenic)元素（諸如Cr、Mo、 Si、Al和Ti(鈦））的存在。α源元素促進α-鐵（鐵素體）的形成。由于在熱沖壓和淬 火后所得的微結構在基質(zhì)和S -鐵素體中可包括馬氏體-貝氏體，這可導致機械性能的降 低。
[0027] 在一些實施例中，粉末的顆粒大小在20微米與180微米之間，并且任選地在20微 米與125微米之間可以被使用。任選地，粉末的平均顆粒大小在45微米與90微米之間，或 在50微米與80微米之間。發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些顆粒大小可以導致焊接區(qū)中粉末的滲透和 混合增強。在整個完整的焊接區(qū)的充分混合增強了最終產(chǎn)品的機械性能。
[0028] 在一些實施例中，鐵基粉末可以具有重量百分比為0 % -0. 03 %的碳、 2. 0% -3. 0% 的鉬、10% -14% 的鎳、L 0% -2. 0% 的錳、16% -18% 的鉻、0· 0% -L 0% 的硅 以及其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)的組成。發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣混合的粉末導致最終的工 件產(chǎn)品（即在熱沖壓和淬火后）的非常令人滿意的機械性能和耐腐蝕性。
[0029] 在一些實施例中，焊接可以包括使用具有在3kW與16kW之間、任選地在4kW與 IOkW之間的功率的激光器進行焊接。激光器的功率應該足