[发明专利]激光焊接方法和使用该方法焊接的金属

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光焊接方法，更具体而言，涉及一种用于拼焊板(Tailor Welded Blanks，TWB)的激光焊接方法。

背景技术

在汽车行业，根据环保法规的加强，最近采用了高强度钢材料以达到减轻车身的重量的目的。此外，成形方法的趋势为采用拼焊板(TWB)、液压成形和其它方法取代现有的冲压工艺。

拼焊板是指所谓的“定制切割和焊接的钢板”。拼焊板为在将具有不同厚度、强度和材料的钢板切割为合适的尺寸和形状之后、通过将切割的钢板焊接而被加工成具有所需的形状的物品。相比直接焊接加工后的加工钢板的情况，拼焊板可以大大降低成本。虽然可应用的焊接方法包括激光焊接、电阻缝焊接、等离子焊接等，主要应用的是激光焊接。

激光焊接的特征在于，其不仅能使用高效能量束进行高速生产，还得到优异的焊接质量。然而，一直存在着某些类型的钢和钢接头中出现如气孔和凹坑的焊接缺陷的问题。通常，凹坑发生在气孔缺陷频繁发生的条件下，这意味着在一个缺陷中，当内孔的气体分压升高时，焊缝被暴露于焊珠的表面。

由于为了满足车身的轻量化要求，存在厚度差异大的材料中的接头的增加，因而更显著地产生气孔或凹坑缺陷，这已成为一个严重的问题。图1说明了可发生在具有不同厚度的焊接材料的情况中的气孔和凹坑缺陷的一个实例。

提供了以下的用于TWB的激光焊接技术。

专利文件1(日本专利特许公开第Heisei 8-174246号)提出通过控制焊珠的倾角提高焊接的压力成形性的技术。具体地，该技术保证了具有t_ave×tanl0<df<t_ave×tan30(t_ave＝(t₁+t₂)/2)范围内的材料之间的台阶高度(df)的压力成形性，其中t₁代表厚板侧的材料的板厚，t₂代表了薄板侧的材料的板厚。虽然此技术通过消除焊接的台阶高度降低了对压模的损伤，但是该技术不足以解决焊接的气孔或凹坑缺陷。

专利文件2(日本专利特许公开第Heisei 8-257773号)提出一种互换对接接头的焊接方法，即对接接头被激光束交织以达到在对接接头上形成良好的焊珠和防止具有不同厚度的激光焊接板的情况中的焊接缺陷的目的。虽然此方法能够扩展在激光焊接中一贯被指出的接头之间的间隙，但是，由于焊接线被延长而增加了焊接时间，并且在消除气孔缺陷方面本质上存在局限性。

专利文件3(日本专利特许公开第Heisei 7-266081号)提出一种具有包含碳(C)、锰(Mn)和硅(Si)作为基本组分，以及铁和其它杂质的平衡组分的成分的实心焊丝(电阻率为ρ≥3.2×10⁷Ω·m)和一种使用保护性气体的焊接方法，其中，惰性气体，如氩气(Ar)和氦气(He)，与活性气体如二氧化碳(CO₂)和氧气(O₂)混合作为电弧焊丝用于表面处理后的钢板，此方法在抗孔方面是优异的，并且无如凹坑、气孔和其他此类缺陷，以及一种焊接施工方法。通过在提高焊丝的电阻率后逐渐降低热输入以确保预定的热输入而不提高焊接电流可以抑制气孔的产生。然而，在用于TWB的激光焊接的情况下基本不使用焊接材料是一个原则，并且这类问题被指出，当采用焊接材料时，难以保证焊接的表面质量，以及单位成本的增加。

专利文件4(日本专利特许公开第2001-138085号)提出一种采用保护性气体的方法，其中，二氧化碳与惰性气体以80至95％的混合比例混合，以提高渗透特性并防止激光焊接的气孔缺陷。它们的作用被认为在钥孔焊接(如激光焊接)中是不显著的，尽管惰性气体(如氧气或二氧化碳)具有在普通热传导型焊接中通过降低熔融金属的表面张力而促使深穿透的特点。此外，在上述专利发明中，可以判断有必要更详细地检测活性气体的作用，因为得到的结果是活性气体(如氧气)反而加重焊接中的气孔的产生。

专利文件5(日本专利特许公开第2001-300751号)从被供应的用于抑制激光焊接过程中产生的等离子体的氦气残留在钥孔中导致孔的形成的事实出发，提出了维持尤其是材料厚度的1.1至1.2或以上的范围内的穿透深度的焊接条件以达到充分排出氦气的目的。尽管通过焊接条件(即在目标钢型具有10mm或以上的厚度的钢铁材料的情况下的热输入)可以控制穿透深度，但实际上难以保证预定的穿透厚度，因为在如本发明的目标钢材料的厚材料的情况下，焊接条件的范围窄。