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将TWIP激光焊接至低钢的方法

阅读:1018发布:2020-05-11

专利汇可以提供将TWIP激光焊接至低钢的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种将具有不同 钢 种的结构 激光 焊接 在一起的方法。所述方法包括提供由第一种钢种和组合物制得的第一结构并提供由第二种钢种组合物制得的第二结构。将第一结构邻近第二结构放置以产生 焊接区域 ,其中第一结构的至少一部分重叠于第二结构的至少一部分。选择具有会在第一结构、第二结构和填充材料间产生 焊缝 使焊缝具有预先确定的微观结构的组成的填充材料。将填充材料邻近焊接区域放置。将 激光束 引至焊接区域以在第一结构、第二结构和填充材料间产生焊缝,其中焊缝具有预先确定的微观结构。,下面是将TWIP激光焊接至低钢的方法专利的具体信息内容。

1.一种将具有不同种的交通工具座椅激光焊接在一起的方法,所述方法包括以下步骤:
提供具有第一端部、相对的第二端部、外表面和内表面的第一座椅结构,所述第一座椅结构由第一种钢种制得;
提供具有第一端部、相对的第二端部、外表面和内表面的第二座椅结构,所述第二座椅结构由第二种钢种制得;
将第一座椅结构的第一端部邻近第二座椅结构第一端部放置以产生焊接区域,其中第一座椅结构第一端部的至少一部分重叠于第二座椅结构第一端部的至少一部分;
选择具有将在第一座椅结构第一端部、第二座椅结构第一端部和填充材料之间产生焊缝使焊缝具有预先确定的微观结构的组成的填充材料;
将填充材料临近焊接区域放置;以及
激光束引至焊接区域以在第一座椅结构第一端部、第二座椅结构第一端部和填充材料之间形成焊缝,其中焊缝具有预先确定的微观结构,以形成交通工具座椅,其中第一座椅结构由孪生诱发塑性钢制得,第二种钢种是低至中钢。
2.权利要求1的方法,其中预先确定的微观结构至少有一部分为奥氏体。
3.权利要求1的方法,其中第二座椅结构由340XF高强度低合金钢制得。
4.权利要求1的方法,其中填充材料是STS310填充材料,其镍和铬当量将其置于舍弗勒图的奥氏体区域。
5.权利要求1的方法,进一步包括将填充材料放置于第一座椅结构第一端部和第二座椅结构第一端部之间的焊接区的步骤。
6.权利要求1的方法,进一步包括将填充材料放置于第一座椅结构第一端部和第二座椅结构第一端部中至少一个的表面开口内位于的第一座椅结构第一端部和第二座椅结构第一端部之间的焊接区的步骤。
7.权利要求1的方法,进一步包括将填充材料放置于第一座椅结构和第二座椅结构中的至少一个的外表面上的焊接区的步骤。
8.权利要求1的方法,其中第一座椅结构,第二座椅结构,和填充材料形成稀释比例为
33:33:33的焊缝从而产生奥氏体微观结构。
9.权利要求1的方法,其中填充材料是放置于第一座椅结构和第二座椅结构之间的焊接区的H-214合金垫片料。
10.权利要求1的方法,其中填充材料是放置于第一座椅结构和第二座椅结构之间的焊接区的Ni-Fe合金垫片料。
11.权利要求1的方法,其中第一座椅结构和第二座椅结构被连接形成座椅框架
12.一种将具有不同钢种的交通工具座椅结构激光焊接在一起的方法,所述方法包括以下步骤:
提供由孪生诱发塑性钢制得的第一座椅结构;
提供由340XF高强度低合金钢制得的第二座椅结构;
将第一座椅结构临近第二座椅结构放置以产生焊接区域,其中第一座椅结构的至少一部分重叠于第二座椅结构的至少一部分;
选择具有在第一座椅结构、第二座椅结构和填充材料之间形成焊缝使焊缝具有奥氏体微观结构的组成的STS310填充材料;
将填充材料临近焊接区域放置以及
将激光束引至焊接区域以在第一座椅结构、第二座椅结构和填充材料之间形成焊缝,其中焊缝具有奥氏体微观结构。
13.权利要求12的方法,其中第一座椅结构、第二座椅结构、和填充材料形成稀释比例为33:33:33的焊缝从而产生奥氏体微观结构。

说明书全文

将TWIP激光焊接至低钢的方法

[0001] 相关申请的相互参引
[0002] 本申请要求2009年11月16日提交的美国临时申请第61/261,483号的权益和优先权,其在此通过引用的方式纳入本说明书

技术领域

[0003] 本发明公开的内容宽泛地涉及将具有不同特征和特性的金属材料激光焊接在一起,然后将焊接片用于各种应用的技术领域。更具体地,本发明涉及将TWIP钢与相对低碳的钢激光焊接在一起。

背景技术

[0004] 激光焊接在将两片或多片金属,如钢连接在一起时既不需要也不使用填充材料。激光束熔化片材料(钢)并随后使熔化的钢凝固从而在片之间产生固体接缝、接合或。当钢被激光加热成可流动(或相对的液体)状态,被焊接的两个或多个部件(或片)可产生新材料,如合金等,取决于熔化的各种独立材料的特性(即材料的初始组成)和在焊缝中存在的最终比例。因此,不同材料的激光焊接导致在液体焊接区中产生两种或多种材料的合金。当焊接区凝固,新产生的合金将基于其新的化学组成形成微观结构且其特性将决定焊缝的性质。
[0005] 不锈钢一般特征至少部分在于,至少部分地,其基础微观结构和铬的质量含量。不锈钢通常不像普通碳钢那样容易沾污、腐蚀或生锈但不必防污。不锈钢可作为奥氏体、素体、双相的(奥氏体和铁素体)、氏体、或作为奥氏体和马氏体的混合物的微观结构而获得。孪生诱发塑性(TWIP)钢一般具有奥氏体微观结构。然而TWIP未被分类为不锈钢,其具有与奥氏体不锈钢类似的奥氏体微观结构。奥氏体结构使钢具有极好的强度和针对某些应用的异常延展性。由于借助奥氏体不锈钢,当尝试例如通过焊接(特别还包括激光焊接)将低和中碳钢与TWIP钢连接在一起时,TWIP钢的化学性质和微观结构使其通常与不相容。
[0006] 因此,仍然持续需要提供一种将TWIP钢焊接至其他钢种的改进方法。

发明内容

[0007] 因此,本发明涉及将具有不同钢种的结构焊接在一起的方法。本方法包括提供由第一种钢种和组合物制得的第一结构并提供由第二种钢种组合物制得的第二结构。将第一结构邻近第二结构放置以产生焊接区,其中第一结构的至少一部分重叠于第二结构的至少一部分。选择具有将在第一结构、第二结构和填充材料之间产生焊缝使焊缝具有预先确定的微观结构的组成的填充材料。将填充材料邻近焊接区域放置。将激光束引至焊接区域以在第一结构、第二结构和填充材料之间产生焊缝,其中焊缝具有预先确定的微观结构。
[0008] 本发明的公开内容的优势是TWIP钢可与其他激光焊接在一起而脆焊缝。本发明的公开内容的另一个优势是本方法产生了具有坚固且易延展的奥氏体微观结构的激光焊缝。本发明的公开内容的又一个优势是所述方法提高了具有承重部件如焊接的座椅框架、座椅靠背、座椅底座等的座椅结构的性能。
[0009] 本发明的公开内容的其他特征和优势将容易理解,在阅读了随后结合附图的描述后也一样变得更好理解。

附图说明

[0010] 图1是示例性实施方案的交通工具的透视图。
[0011] 图2A是示例性实施方案的交通工具座椅组件的透视图。
[0012] 图2B是示例性实施方案的交通工具座椅框架的透视图。
[0013] 图3是预测不锈钢的焊缝微观结构的舍弗勒(Schaeffler)图。
[0014] 图4是示例性实施方案的TWIP/低碳钢结合物中激光焊缝的示意图。
[0015] 图5是预测TWIP不锈钢和340XF钢的焊缝微观结构的舍弗勒图。
[0016] 图6是示例性实施方案的通过引入焊接填充材料产生的激光焊缝的示意图。
[0017] 图7是显示使用填充材料时对焊缝微观结构的影响的舍弗勒图。
[0018] 图8是激光焊接后产生合金的激光焊缝以获得奥氏体结构的示意图。
[0019] 图9是激光焊接后产生合金的激光焊缝以获得奥氏体结构的示意图。
[0020] 图10是激光焊接后产生合金的激光焊缝以获得奥氏体结构的示意图。
[0021] 图11是显示示例性实施方案的对于焊缝中给定TWIP浓度所需的包含Ni和Cr的填充材料的比例的示意图。
[0022] 图12是显示示例性实施方案的对于焊缝中给定TWIP浓度所需的包含Ni的填充材料的比例的示意图。
[0023] 图13是详细描述示例性实施方案的将由TWIP钢制得的第一结构、由低碳钢制得的第二结构、以及填充材料激光焊接的方法的流程图
[0024] 图14是另一个实施方案的由TWIP钢制得的第一结构、由较低碳钢制得的第二结构、和H-214合金垫片之间的激光焊缝的显微照片。
[0025] 图15是显示使用图14的H-214垫片料时对焊缝微观结构的影响的舍弗勒图。
[0026] 图16是另一个实施方案的由TWIP钢制得的第一结构、由较低碳钢制得的第二结构、和Ni-Fe合金垫片之间的激光焊缝的显微照片。
[0027] 图17是显示使用图16的Ni-Fe合金垫片料时对焊缝微观结构的影响的舍弗勒图。
[0028] 图18是显示图14和16的激光焊缝的搭接剪切强度的图。
[0029] 图19是另一个实施方案的由TWIP钢制得的第一结构、由较低碳钢制得的第二结构、和STS310填充剂之间的激光焊缝的显微照片。
[0030] 图20是显示使用图20的STS310填充剂时对焊缝微观结构的影响的舍弗勒图。
[0031] 图21是显示图19的激光焊缝的搭接剪切强度的图。

具体实施方式

[0032] 宽泛地参看附图,特别是图1,显示了示例性实施方案的交通工具10。交通工具10可包括为交通工具10的乘员提供的一个或多个座椅组件12。虽然所示交通工具10是四轿车,但应理解所述座椅组件12可用于小型箱式货车、运动型多功能车、飞机、船或任何其他类型的交通工具。
[0033] 现在参看图2A,显示了座椅组件12。座椅组件12可包括座椅靠背14以给乘坐的乘员提供舒适、支撑和保护。座椅底座20操作性地连接于座椅靠背,也给乘坐的乘员提供舒适、支撑和保护。头枕18置于座椅靠背14的上端。座椅组件12包括操作性地连接于座椅靠背14和座椅底座20的斜靠机构22,以提供座椅靠背14相对于座椅底座20的转动调节性。用导轨组件24使座椅组件12固定于交通工具上。该实施例的导轨组件24为了乘坐的乘员的舒适或效用而提供了座椅组件12的相对位置的可调节性或移动。座椅组件12可选择性地通过导轨组件24手动或电动驱动。座椅靠背14也可包括,例如泡沫垫、装饰盖等。座椅靠背也可包括第一和第二侧垫。座椅底座20也可包括,例如,泡沫垫、装饰盖等。装饰盖可由多种材料制成,如皮革、乙烯(vinyl)、纤维等。图示的座椅组件12是通常用于交通工具前排的单人座椅,但可引入任何座椅组件,如第二排长条座椅、第三排可平放式座椅等,其可利用任何类型的座椅功能以用于任何交通工具。
[0034] 如图2B所示,座椅组件也包括座椅框架13。座椅框架13包括座椅靠背框架28和座椅底座框架30。座椅靠背框架28包括上横梁32、相对的下横梁34、第一座椅靠背侧梁36和相对的第二座椅靠背侧梁38。上横梁32包括第一和第二端部40、42,且下横梁34包括第一和第二端部44、46。第一座椅靠背侧梁36包括上端48和相对的下端50,且第二座椅靠背侧梁38包括上端52和相对的下端54。第一和第二座椅靠背侧梁的上端48、52通过上横梁32连接在一起,且第一和第二座椅靠背侧梁的下端50、54通过下横梁34连接在一起,以便形成大体上为矩形的框架结构。座椅底座框架30包括第一座椅底座侧梁56、相对的第二座椅底座侧梁58,前横梁60、和相对的后横梁62。第一座椅底座侧梁56包括前端64和后端66,且第二座椅底座侧梁58包括前端68和相对的后端70。前横梁60包括第一端部72和第二端部74,且后横梁62包括第一端部76和第二端部78。第一和第二座椅底座侧梁的前端64、68通过前横梁60连接在一起,且第一和第二座椅底座侧梁的后端66、70通过管状后横梁30连接在一起,以形成大体上为矩形的框架结构。应注意其他座椅框架设计可用于本发明的公开内容,如一件式靠背框架或一件式座椅底座框架等。座椅框架13可由多种材料制得,如金属、复合材料等。尽管显示了多片式座椅靠背框架和座椅底座框架,但可想到任何类型的座椅靠背框架和座椅底座框架都可用于本文记载的发明,如一件式座椅靠背框架、管状框架等。此外,构成座椅组件的框架和其他部件(如,倾斜机械机构、加固支架等)可由多种具有不同特征(如,钢种,组成等)的不同材料构成,这些材料用多种技术,如下文记载的方法连接在一起。
[0035] 本文公开了有利于将TWIP钢激光焊接至低碳钢并确保由不同的钢形成的座椅结构满足强度和性能需求的方法。所述方法宽泛地公开于图13。
[0036] 所述方法由步骤210开始,提供由第一种钢种和组合物如TWIP钢制得的第一结构152。第一结构152可为图2B所示的座椅框架13的部件,如第一座椅靠背侧梁36等。
[0037] 方法进行至步骤220,提供由第二种钢和组合物如低至中碳钢(340XF HSLA)制得的第二结构154。第二结构154可为图2B所示的座椅框架13的另一个部件,如上横梁32等。
[0038] 方法进行至步骤230,将第一结构152临近第二结构154放置以产生焊接区域153,其中第一结构152的至少一部分重叠于第二结构154的至少一部分。
[0039] 方法进行至步骤240,选择填充材料158,其具有将在第一结构152、第二结构154、和填充材料158之间产生焊缝150使焊缝150具有预先确定的微观结构的组成。
[0040] 方法进行至步骤250,将填充材料158临近焊接区域153放置。填充材料158可为多种预先确定的材料,如STS310填充材料等。填充材料158可以多种预先确定的方式放置于焊接区域153。例如,填充材料158可放置于第一结构152和第二结构154之间;放置于位于第一结构152和/或第二结构154表面且在第一结构152和第二结构154之间的表面沟槽169中;放置于第一结构152和/或第二结构154的外表面等。
[0041] 方法进行至步骤260,将激光束(L)引至焊接区域153以在第一结构152、第二结构154、和填充材料158之间产生焊缝150,其中焊缝150具有预先确定的微观结构,如奥氏体微观结构。激光束(L)可用多种激光焊接机,如固态激光器、气体激光器、光纤激光器等产生。激光焊接技术和方法在下文中进一步详细记载。
[0042] 参看图3,显示了预测不锈钢的焊缝微观结构的舍弗勒图。钢的化学组成用于计算绘制在图上的镍(Ni)和铬(Cr)当量。当镍和铬当量绘制在图上时,可预测预期的微观结构。图3的舍弗勒图可用于识别将多种填充材料用于焊件的不锈钢和低碳钢焊件的微观结构。镍和铬当量可在填充材料中调节以获得奥氏体焊缝微观结构,从而表现出坚固且易延展的性能。尽管TWIP钢未归类为不锈钢,TWIP钢的确具有与奥氏体不锈钢类似的特征。因此,现在用舍弗勒图预测基础材料及其与其他钢合金的任意焊件的微观结构。为了将TWIP钢焊接至低碳钢,用舍弗勒图基于被连接的材料的初始化学组成和其假定比例估计将要形成的微观结构。如果组成落入马氏体区域,则焊缝对某些应用而言会是脆的。如果其落入奥氏体区域,则对于某些应用而言,如交通工具座椅框架结构内,将既坚固又易延展。如果其落入二或三相区域,则脆度将取决于形成的马氏体的相对量。用于低碳钢与不锈钢的金属惰性气体(MIG)和钨惰性气体(TIG)焊接的填充材料市售可得。选择填充材料的组成以获得奥氏体微观结构。
[0043] 再参看图4,第一结构或被加工件32和第二结构或被加工件34之间的激光焊缝或焊点30的示意图。在该实施例中,第一结构是TWIP钢片且第二结构是低至中碳钢片,如340XF高强度低合金(HSLA)钢等。将激光束136引至焊接区133,致使TWIP和340XF HSLA钢熔化在一起。当移除激光能量时,混合物凝固。可通过在舍弗勒图上绘制焊接混合物来预测该焊缝130的微观结构。所得焊缝130微观结构导致脆的马氏体结构。
[0044] 现在参看图5,显示了对TWIP钢和340XF HSLA钢的镍和铬当量作图并用于预测TWIP钢和340XF HSLA钢的微观结构的舍弗勒图。镍和铬当量将TWIP钢置于图中奥氏体微观结构区域。低碳钢,如HSLA合金钢、SAE J2340340XF HSLA钢等的组成落在图中双相铁素体和马氏体区域(在HSLA的情况下,其>99%铁素)。如果将两种合金焊接在一起,如通过激光焊接,焊件将成为大约50%TWIP和50%340XF的新混合物。当在舍弗勒图上作图时,该50:50混合物的镍和铬当量落在图的马氏体区域。当激光焊接在一起(假设以50:50混合),TWIP和低碳钢的结合将产生100%马氏体的微观结构。具有这种微观结构的焊缝将是脆的并将在某些应用中如座椅结构(例如交通工具座椅、座椅框架、座椅底座、座椅靠背等)或所述结构被设计为承重部件的其他应用中表现出差的性能,因此不适用于这类结构应用。
[0045] 下面参看图6,显示了通过引入焊接填充材料148产生的激光焊缝或焊点140的示意图。激光焊缝140在第一结构或被加工件142和第二结构或被加工件144之间。在该实施例中,第一结构142是TWIP钢片而第二结构144是340XF HSLA钢片,其中将激光能施用于焊接区域143时,焊接填充材料148被引入焊接区143。激光束146的能量使TWIP钢、340XF HSLA钢、以及焊接填充材料148熔化在一起。当移除激光能量,混合物凝固形成微观结构。在一个示例性实施方案中,焊缝140以较高镍和/或铬含量制得从而使微观结构改变以提供更有利的微观结构用于某些应用如座椅结构(例如交通工具座椅、座椅框架、座椅底座、座椅靠背等)或所述结构被设计成承重部件的其他应用。如果该材料以33:33:33(TWIP比HSLA比STS310)的比例加入焊缝,则焊缝组成将全为奥氏体且焊缝140将在强度方面与基础TWIP钢和HSLA钢兼容。该方法的难度在于实际的焊接化学性质(组成)将受到填充剂148的加入量的影响。如果没有获得适当稀释,则焊缝140可通过形成马氏体而脆化,而此时需要奥氏体。
[0046] 现在参看图7,舍弗勒图显示当使用填充材料148时对焊缝微观结构的影响。此处,填充材料148是以33:33:33的稀释比被引入焊缝的第三种合金。此处第三种合金为STS310填充材料,其镍和铬当量将合金置于舍弗勒图的奥氏体区域。因此焊缝140可为TWIP钢、340XF HSLA钢、以及STS310的稀释物并形成奥氏体微观结构。奥氏体微观结构坚固且易延展,理想地适用于承重部件如座椅结构(例如焊接的座椅框架、座椅靠背、座椅底座等)。
[0047] 激光束146同时提供热量(能量)给两个被加工件142、144和填充材料148,而填充材料148以适当速率加入并完全同步地被激光束146横穿。为了确保结构不主要变为马氏体并导致不合格的脆焊缝,在焊接区或池143中要达到33:33:33比例的钢材料。按需降低焊接速率以适应填充剂148向焊缝140的移动。填充材料148作为混合物加在第一结构(TWIP钢)142和第二结构(低碳钢)144之间。重要的是加入足够的镍和/或铬以确保焊接完成后焊缝140落入图的奥氏体区域。这可通过使用适当体积和纯度的所用的镍和/或铬控制。根据舍弗勒图,如果一个区域具有单一相,则100%的微观结构将是所述的相。如果一个区域有两相,则各相的相对比例无法从图上直接明显地看出。然而,通常随着微观结构在图上被绘制得接近具体的边界区域(例如,奥氏体、奥氏体+马氏体、奥氏体+铁素体等),微观结构将具有较高百分比的相当于所述边界区域的相。
[0048] 现在参看图8-10,显示了激光焊接后用于产生合金的激光焊缝以获得奥氏体结构的技术的示意图。如图6所示和上文所公开的,使用所述技术很难轻易地提供焊接填充材料。例如,当一个座椅结构,如倾斜机构等与另一座椅结构如座椅靠背侧梁焊接时,焊缝周边区域提供极小的间隙,从而成为不足以将填充材料引至激光焊缝位置的空间。当焊缝凝固产生奥氏体微观结构时必须具有适当的镍和铬当量。马氏体微观结构会很脆且不满足结构需求。然而图8-10中显示的技术能在进行焊接过程前通过将填充材料置于待焊接的位置(例如,在焊缝里/上/之间/相邻处等)使焊缝产生时存在填充材料。
[0049] 参看图8,所述方法也可包括在第一结构152和第二结构154之间沉积填充材料158的步骤。在该实施例中,第一结构152是TWIP钢,第二结构154是低至中碳钢,例如HSLA,且填充材料152是高镍、高铬填充合金如STS310的层等。填充材料158可以多种预先确定的方法引入焊接区153,所述方法如带状法(tape)、化学气相沉积激光金属沉积、喷雾形成、涂布或使用任何其他合适的涂布方法。填充材料158可或沉积在第一结构152(TWIP)表面、第二结构154(HSLA)表面或沉积在两者上。沉积层的宽度和厚度依一定尺寸制造并定位使激光束(L)沿着TWIP/HSLA完全熔化涂层并形成全为奥氏体并与基础材料兼容的焊缝150。
[0050] 现在参看图9,所述方法也可包括在第一结构162和第二结构164之间的开口169中沉积填充材料168的步骤。开口169可为位于第一结构162、第二结构164或两者的表面沟槽、凹陷、环形物、孔洞等。在该实施例中,第一结构162是TWIP钢,第二结构164是低至中碳钢,如HSLA,且填充材料168是沉积于第二结构164的表面沟槽中的高镍、高铬填充合金如STS310的层等。该实施方案的优势是由于部件表面彼此紧邻(即贴合无缝的),与如前述实施方案(图8)所示的具有缝隙相反,焊接后第一结构162(TWIP)和第二结构164(HSLA)部件之间配合得更好。应注意图表是示例性方法但不暗示所有可引入Ni/Cr层的方法。此外,最有成本效益的是焊接过程中如果没有除焊缝160以外的过量Ni/Cr层,而是全都消耗了。然而为了进行图示而显示了延伸超过最终激光焊缝。
[0051] 现在参看图10,所述方法也可包括在第一结构172和/或第二结构174的上表面沉积填充材料178的步骤。在该实施方案中,第一结构172是TWIP钢,第二结构174是低至中碳钢,如HSLA,且填充材料178是高镍、高铬填充合金如STS310的层等。将第一结构172紧邻第二结构174放置且填充材料178沉积于待在具体焊接区焊接的第一结构172的上表面,使得填充材料在待焊接的两个部件上方。
[0052] 每种技术(图8-10)都利用了激光焊接固有的快焊接速率并消除了可能发生在单独加入填充剂时的不适当的稀释比例。例如,合适的稀释比例或混合物在舍弗勒图的奥氏体区域且不适当的稀释比例或混合物在马氏体区域。激光焊接熔化区的尺寸(例如焊接宽度和厚度,基于激光输入功率、焊接速率等)很好理解且重复性高。由于该重复性,可在TWIP和HSLA钢之间提供将提供均匀稀释物(激光焊接时将落入奥氏体区域的混合物)的Ni/Cr合金层,并能在高焊接速率下完成。纯Ni可沉积于足够的层以获得奥氏体焊缝。纯镍和纯铬也可合铸入焊缝以获得奥氏体微观结构。尽管优选纯镍或主要为镍的合金,但也可接受其他组合物,如含最高达60%Ni和40%Cr的合金等。市售合金如AWS E310等具有其他合金元素但也可接受。也可使用纯铬以获得奥氏体焊缝微观结构。只要获得奥氏体焊缝微观结构,可提供在纯净物极端之间的Ni/Cr比例。最佳比例是在最低成本下获得奥氏体微观结构的比例。其可基于对将需要多少填充材料(例如,纯Ni或合金)——基于其组成——的计算而估计。通常,优选较高镍含量合金且低碳钢和TWIP钢的混合物应倾向于较高浓度的TWIP。通过穿过TWIP焊接并限制焊缝渗入低碳钢,将产生需要最少量填充材料的奥氏体焊缝。Ni/Cr和Fe/Ni/Cr合金可进一步优化以利用物理冶金特性从而改善焊接速率和条件。
[0053] 根据另一个实施方案,可采用点焊作为另一种其中不添加填充材料的接缝方法。通过将该概念应用于TWIP或HSLA,可在原本很难的情况下产生足够的焊缝。待焊接的两个部件之间的填充材料将通过与待焊接的两个部件混合来改善点焊强度。
[0054] 现在参看图11,显示了显示对于焊缝中给定的TWIP浓度所需的包含镍和铬(50%Ni和50%Cr)的填充材料的比例的示意图。所述图可用于方法步骤240以选择适当的填充材料从而产生所需的焊缝奥氏体微观结构。焊缝中填充材料的比例首先通过填充材料的厚度,第二通过焊接条件(例如功率平、速率等)确定。焊缝中低碳钢与TWIP的比例通过焊接条件(例如能量水平、速率等)确定。通常,焊缝中在较高TWIP浓度(例如从0%TWIP(100%340XF HSLA)至100%TWIP(0%340XF HSLA))下需要较低比例的填充材料。如果焊缝中填充材料为26%或更多,则无论焊缝中TWIP的比例是多少,焊缝都将是奥氏体。
[0055] 参看图12,显示了显示对于焊缝中给定的TWIP浓度所需的包含镍(100%Ni)的填充材料比例的示意图。该图可用于方法步骤240以选择适当的填充材料从而产生所需的焊缝奥氏体微观结构。焊缝中填充材料的比例首先通过填充材料的厚度,第二通过焊接条件(例如功率水平、速率等)确定。焊缝中低碳钢与TWIP的比例通过焊接条件(例如功率水平、速率等)确定。通常,如图8所示,焊缝中在较高TWIP浓度(例如从0%TWIP(100%340XF HSLA)至100%TWIP(0%340XF HSLA))下,需要较低比例的填充材料。如果焊缝中填充材料的体积为24%或更多,则无论焊缝中TWIP的比例是多少,焊缝都将是奥氏体。
[0056] 现在参看图14-15,显示了另一个实施方案的在第一结构302,第二结构303和垫片304之间的激光焊缝300。在该实施方案中,第一结构302是TWIP钢片,第二结构304是340XF钢片,且垫片303是H-214合金垫片料。预期H-214合金垫片料303如图15所示产生具有奥氏体和马氏体微观结构的结合的焊缝300。
[0057] 现在参看图16-17,显示了另一个实施方案的在第一结构402,第二结构404和垫片403之间的激光焊缝400。在该实施方案中,第一结构402用TWIP钢片形成,第二结构404用340XF钢片形成,且垫片403用Ni-Fe合金垫片料形成。预期Ni-Fe合金垫片料403如图15所示产生具有奥氏体和马氏体微观结构的结合的焊缝400。
[0058] 现在参看图18,该图说明了图14、图16的激光焊缝的搭接剪切强度和自焊的(没有垫片料)TWIP与340XF之间的激光焊缝。当与自焊的(没有垫片料)TWIP与340XF之间的激光焊缝比较时,其中使用H-214垫片料303和Ni-Fe垫片料403的两个实例中搭接剪切强度和延展性得到改善。
[0059] 现在参看图19-21,显示了使用先前图6和7所示方法在第一结构502、第二结构504和填充材料503之间形成的混合激光焊缝。在该实施例中,第一结构用TWIP钢片形成,第二结构用340XF钢片形成,且填充材料503用STS310填充剂形成。预期STS310填充材料的加入如图20所示产生具有奥氏体微观结构的焊缝500。当与自焊的(没有垫片料)TWIP与340XF之间的激光焊缝比较时,搭接剪切强度和延展性通过混合焊接方法用STS310填充剂改善。
[0060] 可根据上文的教导对本发明公开内容进行许多修改和变化。因此,在所附的权利要求范围内,本发明的公开内容可进行具体记载以外的实践。
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