專利名稱：將twip鋼激光焊接至低碳鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的內(nèi)容寬泛地涉及將具有不同特征和特性的金屬材料激光焊接在一起，然后將焊接片用于各種應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及將TWIP鋼與相對低碳的鋼激光焊接在一起。
背景技術(shù)：
·激光焊接在將兩片或多片金屬，如鋼連接在一起時既不需要也不使用填充材料。激光束熔化片材料(鋼)并隨后使熔化的鋼凝固從而在片之間產(chǎn)生固體接縫、接合或。當鋼被激光加熱成可流動(或相對的液體)狀態(tài)，被焊接的兩個或多個部件(或片)可產(chǎn)生新材料，如合金等，取決于熔化的各種獨立材料的特性(即材料的初始組成)和在焊縫中存在的最終比例。因此，不同材料的激光焊接導(dǎo)致在液體焊接區(qū)中產(chǎn)生兩種或多種材料的合金。當焊接區(qū)凝固，新產(chǎn)生的合金將基于其新的化學組成形成微觀結(jié)構(gòu)且其特性將決定焊縫的性質(zhì)。不銹鋼一般特征至少部分在于，至少部分地，其基礎(chǔ)微觀結(jié)構(gòu)和鉻的質(zhì)量含量。不銹鋼通常不像普通碳鋼那樣容易沾污、腐蝕或生銹但不必防污。不銹鋼可作為奧氏體、鐵素體、雙相的(奧氏體和鐵素體)、馬氏體、或作為奧氏體和馬氏體的混合物的微觀結(jié)構(gòu)而獲得。孿生誘發(fā)塑性(TWIP)鋼一般具有奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。然而TWIP未被分類為不銹鋼，其具有與奧氏體不銹鋼類似的奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。奧氏體結(jié)構(gòu)使鋼具有極好的強度和針對某些應(yīng)用的異常延展性。由于借助奧氏體不銹鋼，當嘗試例如通過焊接(特別還包括激光焊接)將低和中碳鋼與TWIP鋼連接在一起時，TWIP鋼的化學性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)使其通常與不相容。因此，仍然持續(xù)需要提供一種將TWIP鋼焊接至其他鋼種的改進方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及將具有不同鋼種的結(jié)構(gòu)焊接在一起的方法。本方法包括提供由第一種鋼種和組合物制得的第一結(jié)構(gòu)并提供由第二種鋼種組合物制得的第二結(jié)構(gòu)。將第一結(jié)構(gòu)鄰近第二結(jié)構(gòu)放置以產(chǎn)生焊接區(qū)，其中第一結(jié)構(gòu)的至少一部分重疊于第二結(jié)構(gòu)的至少一部分。選擇具有將在第一結(jié)構(gòu)、第二結(jié)構(gòu)和填充材料之間產(chǎn)生焊縫使焊縫具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)的組成的填充材料。將填充材料鄰近焊接區(qū)域放置。將激光束引至焊接區(qū)域以在第一結(jié)構(gòu)、第二結(jié)構(gòu)和填充材料之間產(chǎn)生焊縫，其中焊縫具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的公開內(nèi)容的優(yōu)勢是TWIP鋼可與其他激光焊接在一起而脆焊縫。本發(fā)明的公開內(nèi)容的另一個優(yōu)勢是本方法產(chǎn)生了具有堅固且易延展的奧氏體微觀結(jié)構(gòu)的激光焊縫。本發(fā)明的公開內(nèi)容的又一個優(yōu)勢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、座椅底座等的座椅結(jié)構(gòu)的性能。本發(fā)明的公開內(nèi)容的其他特征和優(yōu)勢將容易理解，在閱讀了隨后結(jié)合附圖的描述后也一樣變得更好理解。


圖I是示例性實施方案的交通工具的透視圖。圖2A是示例性實施方案的交通工具座椅組件的透視圖。圖2B是示例性實施方案的交通工具座椅框架的透視圖。
圖3是預(yù)測不銹鋼的焊縫微觀結(jié)構(gòu)的舍弗勒(Schaeffler)圖。圖4是示例性實施方案的TWIP/低碳鋼結(jié)合物中激光焊縫的示意圖。圖5是預(yù)測TWIP不銹鋼和340XF鋼的焊縫微觀結(jié)構(gòu)的舍弗勒圖。圖6是示例性實施方案的通過引入焊接填充材料產(chǎn)生的激光焊縫的示意圖。圖7是顯示使用填充材料時對焊縫微觀結(jié)構(gòu)的影響的舍弗勒圖。圖8是激光焊接后產(chǎn)生合金的激光焊縫以獲得奧氏體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9是激光焊接后產(chǎn)生合金的激光焊縫以獲得奧氏體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖10是激光焊接后產(chǎn)生合金的激光焊縫以獲得奧氏體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖11是顯示示例性實施方案的對于焊縫中給定TWIP濃度所需的包含Ni和Cr的填充材料的比例的示意圖。圖12是顯示示例性實施方案的對于焊縫中給定TWIP濃度所需的包含Ni的填充材料的比例的示意圖。圖13是詳細描述示例性實施方案的將由TWIP鋼制得的第一結(jié)構(gòu)、由低碳鋼制得的第二結(jié)構(gòu)、以及填充材料激光焊接的方法的流程圖。圖14是另一個實施方案的由TWIP鋼制得的第一結(jié)構(gòu)、由較低碳鋼制得的第二結(jié)構(gòu)、和H-214合金墊片之間的激光焊縫的顯微照片。圖15是顯示使用圖14的H-214墊片料時對焊縫微觀結(jié)構(gòu)的影響的舍弗勒圖。圖16是另一個實施方案的由TWIP鋼制得的第一結(jié)構(gòu)、由較低碳鋼制得的第二結(jié)構(gòu)、和Ni-Fe合金墊片之間的激光焊縫的顯微照片。圖17是顯示使用圖16的Ni-Fe合金墊片料時對焊縫微觀結(jié)構(gòu)的影響的舍弗勒圖。圖18是顯示圖14和16的激光焊縫的搭接剪切強度的圖。圖19是另一個實施方案的由TWIP鋼制得的第一結(jié)構(gòu)、由較低碳鋼制得的第二結(jié)構(gòu)、和STS310填充劑之間的激光焊縫的顯微照片。圖20是顯示使用圖20的STS310填充劑時對焊縫微觀結(jié)構(gòu)的影響的舍弗勒圖。圖21是顯示圖19的激光焊縫的搭接剪切強度的圖。
具體實施例方式寬泛地參看附圖，特別是圖1，顯示了示例性實施方案的交通工具10。交通工具10可包括為交通工具10的乘員提供的一個或多個座椅組件12。雖然所示交通工具10是四門轎車，但應(yīng)理解所述座椅組件12可用于小型箱式貨車、運動型多功能車、飛機、船或任何其他類型的交通工具?，F(xiàn)在參看圖2A，顯示了座椅組件12。座椅組件12可包括座椅靠背14以給乘坐的乘員提供舒適、支撐和保護。座椅底座20操作性地連接于座椅靠背，也給乘坐的乘員提供舒適、支撐和保護。頭枕18置于座椅靠背14的上端。座椅組件12包括操作性地連接于座椅靠背14和座椅底座20的斜靠機構(gòu)22，以提供座椅靠背14相對于座椅底座20的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)性。用導(dǎo)軌組件24使座椅組件12固定于交通工具上。該實施例的導(dǎo)軌組件24為了乘坐的乘員的舒適或效用而提供了座椅組件12的相對位置的可調(diào)節(jié)性或移動。座椅組件12可選擇性地通過導(dǎo)軌組件24手動或電動驅(qū)動。座椅靠背14也可包括，例如泡沫墊30、裝飾蓋32等。座椅靠背也可包括第一和第二側(cè)墊26、28。座椅底座20也可包括，例如，泡沫墊、裝飾蓋32等。裝飾蓋32可由多種材料制成，如皮革、乙烯(vinyl)、纖維等。圖示的座椅組件12是通常用于交通工具前排的單人座椅，但可引入任何座椅組件，如第二排長條座 椅、第三排可平放式座椅等，其可利用任何類型的座椅功能以用于任何交通工具。如圖2B所示,座椅組件也包括座椅框架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包括上橫梁32、相對的下橫梁34、第一座椅靠背側(cè)梁36和相對的第二座椅靠背側(cè)梁38。上橫梁32包括第一和第二端部40、42，且下橫梁34包括第一和第二端部44、46。第一座椅靠背側(cè)梁36包括上端48和相對的下端50,且第二座椅靠背側(cè)梁38包括上端52和相對的下端54。第一和第二座椅靠背側(cè)梁的上端48、52通過上橫梁32連接在一起，且第一和第二座椅靠背側(cè)梁的下端50、54通過下橫梁34連接在一起，以便形成大體上為矩形的框架結(jié)構(gòu)。座椅底座框架30包括第一座椅底座側(cè)梁56、相對的第二座椅底座側(cè)梁58，前橫梁60、和相對的后橫梁62。第一座椅底座側(cè)梁56包括前端64和后端66，且第二座椅底座側(cè)梁58包括前端68和相對的后端70。前橫梁60包括第一端部72和第二端部74，且后橫梁62包括第一端部76和第二端部78。第一和第二座椅底座側(cè)梁的前端64、68通過前橫梁60連接在一起，且第一和第二座椅底座側(cè)梁的后端66、70通過管狀后橫梁30連接在一起，以形成大體上為矩形的框架結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意其他座椅框架設(shè)計可用于本發(fā)明的公開內(nèi)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可由多種材料制得，如金屬、鋁、復(fù)合材料等。盡管顯示了多片式座椅靠背框架和座椅底座框架，但可想到任何類型的座椅靠背框架和座椅底座框架都可用于本文記載的發(fā)明，如一件式座椅靠背框架、管狀框架等。此外,構(gòu)成座椅組件的框架和其他部件(如,傾斜機械機構(gòu)、加固 支架等)可由多種具有不同特征(如，鋼種，組成等)的不同材料構(gòu)成，這些材料用多種技術(shù)，如下文記載的方法連接在一起。本文公開了有利于將TWIP鋼激光焊接至低碳鋼并確保由不同的鋼形成的座椅結(jié)構(gòu)滿足強度和性能需求的方法。所述方法寬泛地公開于圖13。所述方法由步驟210開始，提供由第一種鋼種和組合物如TWIP鋼制得的第一結(jié)構(gòu)152。第一結(jié)構(gòu)152可為圖2B所不的座椅框架13的部件,如第一座椅靠背側(cè)梁36等。方法進行至步驟220，提供由第二種鋼和組合物如低至中碳鋼(340XF HSLA)制得的第二結(jié)構(gòu)154。第二結(jié)構(gòu)154可為圖2B所示的座椅框架13的另一個部件，如上橫梁32等。

方法進行至步驟230，將第一結(jié)構(gòu)152臨近第二結(jié)構(gòu)154放置以產(chǎn)生焊接區(qū)域 153，其中第一結(jié)構(gòu)152的至少一部分重疊于第二結(jié)構(gòu)154的至少一部分。
方法進行至步驟240，選擇填充材料158，其具有將在第一結(jié)構(gòu)152、第二結(jié)構(gòu)154、和填充材料158之間產(chǎn)生焊縫150使焊縫150具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)的組成。方法進行至步驟250，將填充材料158臨近焊接區(qū)域153放置。填充材料158可為多種預(yù)先確定的材料，如STS310填充材料等。填充材料158可以多種預(yù)先確定的方式放置于焊接區(qū)域153。例如，填充材料158可放置于第一結(jié)構(gòu)152和第二結(jié)構(gòu)154之間；放置于位于第一結(jié)構(gòu)152和/或第二結(jié)構(gòu)154表面且在第一結(jié)構(gòu)152和第二結(jié)構(gòu)154之間的表面溝槽169中；放置于第一結(jié)構(gòu)152和/或第二結(jié)構(gòu)154的外表面等。方法進行至步驟260，將激光束(L)引至焊接區(qū)域153以在第一結(jié)構(gòu)152、第二結(jié)構(gòu)154、和填充材料158之間產(chǎn)生焊 縫150，其中焊縫150具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)，如奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。激光束(L)可用多種激光焊接機，如固態(tài)激光器、氣體激光器、光纖激光器等產(chǎn)生。激光焊接技術(shù)和方法在下文中進一步詳細記載。參看圖3，顯示了預(yù)測不銹鋼的焊縫微觀結(jié)構(gòu)的舍弗勒圖。鋼的化學組成用于計算繪制在圖上的鎳(Ni)和鉻(Cr)當量。當鎳和鉻當量繪制在圖上時，可預(yù)測預(yù)期的微觀結(jié)構(gòu)。圖I的舍弗勒圖可用于識別將多種填充材料用于焊件的不銹鋼和低碳鋼焊件的微觀結(jié)構(gòu)。鎳和鉻當量可在填充材料中調(diào)節(jié)以獲得奧氏體焊縫微觀結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出堅固且易延展的性能。盡管TWIP鋼未歸類為不銹鋼，TWIP鋼的確具有與奧氏體不銹鋼類似的特征。因此，現(xiàn)在用舍弗勒圖預(yù)測基礎(chǔ)材料及其與其他鋼合金的任意焊件的微觀結(jié)構(gòu)。為了將TWIP鋼焊接至低碳鋼，用舍弗勒圖基于被連接的材料的初始化學組成和其假定比例估計將要形成的微觀結(jié)構(gòu)。如果組成落入馬氏體區(qū)域，則焊縫對某些應(yīng)用而言會是脆的。如果其落入奧氏體區(qū)域，則對于某些應(yīng)用而言，如交通工具座椅框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，將既堅固又易延展。如果其落入二或三相區(qū)域，則脆度將取決于形成的馬氏體的相對量。用于低碳鋼與不銹鋼的金屬惰性氣體(MIG)和鎢惰性氣體(TIG)焊接的填充材料市售可得。選擇填充材料的組成以獲得奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。再參看圖4，第一結(jié)構(gòu)或被加工件32和第二結(jié)構(gòu)或被加工件34之間的激光焊縫或焊點30的示意圖。在該實施例中，第一結(jié)構(gòu)是TWIP鋼片且第二結(jié)構(gòu)是低至中碳鋼片，如340XF高強度低合金(HSLA)鋼等。將激光束36引至焊接區(qū)33，致使TWIP和340XF HSLA鋼熔化在一起。當移除激光能量時，混合物凝固。可通過在舍弗勒圖上繪制焊接混合物來預(yù)測該焊縫30的微觀結(jié)構(gòu)。所得焊縫30微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致脆的馬氏體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在參看圖5，顯示了對TWIP鋼和340XF HSLA鋼的鎳和鉻當量作圖并用于預(yù)測TWIP鋼和340XF HSLA鋼的微觀結(jié)構(gòu)的舍弗勒圖。鎳和鉻當量將TWIP鋼置于圖中奧氏體微觀結(jié)構(gòu)區(qū)域。低碳鋼，如HSLA合金鋼、SAE J2340340XF HSLA鋼等的組成落在圖中雙相鐵素體和馬氏體區(qū)域(在HSLA的情況下，其>99%鐵素)。如果將兩種合金焊接在一起，如通過激光焊接，焊件將成為大約50%TWIP和50%340XF的新混合物。當在舍弗勒圖上作圖時，該50:50混合物的鎳和鉻當量落在圖的馬氏體區(qū)域。當激光焊接在一起(假設(shè)以50:50混合)，TffIP和低碳鋼的結(jié)合將產(chǎn)生100%馬氏體的微觀結(jié)構(gòu)。具有這種微觀結(jié)構(gòu)的焊縫將是脆的并將在某些應(yīng)用中如座椅結(jié)構(gòu)(例如交通工具座椅、座椅框架、座椅底座、座椅靠背等)或所述結(jié)構(gòu)被設(shè)計為承重部件的其他應(yīng)用中表現(xiàn)出差的性能，因此不適用于這類結(jié)構(gòu)應(yīng)用。下面參看圖6，顯示了通過引入焊接填充材料48產(chǎn)生的激光焊縫或焊點40的示意圖。激光焊縫40在第一結(jié)構(gòu)或被加工件42和第二結(jié)構(gòu)或被加工件44之間。在該實施例中，第一結(jié)構(gòu)42是TWIP鋼片而第二結(jié)構(gòu)44是340XF HSLA鋼片，其中將激光能施用于焊接區(qū)域43時，焊接填充材料48被引入焊接區(qū)43。激光束46的能量使TWIP鋼、340XFHSLA鋼、以及焊接填充材料48熔化在一起。當移除激光能量，混合物凝固形成微觀結(jié)構(gòu)。在一個示例性實施方案中，焊縫40以較高鎳和/或鉻含量制得從而使微觀結(jié)構(gòu)改變以提供更有利的微觀結(jié)構(gòu)用于某些應(yīng)用如座椅結(jié)構(gòu)(例如交通工具座椅、座椅框架、座椅底座、座椅靠背等)或所述結(jié)構(gòu)被設(shè)計成承重部件的其他應(yīng)用。如果該材料以33:33:33 (TffIP比HSLA比STS310)的比例加入焊縫，則焊縫組成將全為奧氏體且焊縫40將在強度方面與基礎(chǔ)TWIP鋼和HSLA鋼兼容。該方法的難度在于實際的焊接化學性質(zhì)(組成)將受到填充劑48的加入量的影響。如果沒有獲得適當稀釋，則焊縫40可通過形成馬氏體而脆化，而此時需要奧氏體?，F(xiàn)在參看圖7，舍弗勒圖顯示當使用填充材料48時對焊縫微觀結(jié)構(gòu)的影響。此處，填充材料48是以33:33:33的稀釋比被引入焊縫的第三種合金。此處第三種合金為STS310填充材料，其鎳和鉻當量將合金置于舍弗勒圖的奧氏體區(qū)域。因此焊縫40可為TWIP鋼、340XF HSLA鋼、以及STS310的稀釋物并形成奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。奧氏體微觀結(jié)構(gòu)堅固且易延展,理想地適用于承重部件如座椅結(jié)構(gòu)(例如焊接的座椅框架、座椅靠背、座椅底座等)。激光束46同時提供熱量(能量)給兩個被加工件42、44和填充材料48，而填充材料48以適當速率加入并完全同步地被激光束46橫穿。為了確保結(jié)構(gòu)不主要變?yōu)轳R氏體并導(dǎo)致不合格的脆焊縫，在焊接區(qū)或池43中要達到33:33:33比例的鋼材料。按需降低焊接速率以適應(yīng)填充劑48向焊縫40的移動。填充材料48作為混合物加在第一結(jié)構(gòu)(TWIP鋼)42和第二結(jié)構(gòu)(低碳鋼)44之間。重要的是加入足夠的鎳和/或鉻以確保焊接完成后焊縫40落入圖的奧氏體區(qū)域。這可通過使用適當體積和純度的所用的鎳和/或鉻控制。根據(jù)舍弗勒圖，如果一個區(qū)域具有單一相，則100%的微觀結(jié)構(gòu)將是所述的相。如果一個區(qū)域有兩相，則各相的相對比例無法從圖上直接明顯地看出。然而，通常隨著微觀結(jié)構(gòu)在圖上被繪制得接近具體的邊界區(qū)域(例如，奧氏體、奧氏體+馬氏體、奧氏體+鐵素體等)，微觀結(jié)構(gòu)將具有較高百分比的相當于所述邊界區(qū)域的相?，F(xiàn)在參看圖8-10，顯示了激光焊接后用于產(chǎn)生合金的激光焊縫以獲得奧氏體結(jié)構(gòu)的技術(shù)的示意圖。如圖6所示和上文所公開的，使用所述技術(shù)很難輕易地提供焊接填充材料。例如，當一個座椅結(jié)構(gòu)，如傾斜機構(gòu)等與另一座椅結(jié)構(gòu)如座椅靠背側(cè)梁焊接時，焊縫周邊區(qū)域提供極小的間隙，從而成為不足以將填充材料引至激光焊縫位置的空間。當焊縫凝固產(chǎn)生奧氏體微觀結(jié)構(gòu)時必須具有適當?shù)逆嚭豌t當量。馬氏體微觀結(jié)構(gòu)會很脆且不滿足結(jié)構(gòu)需求。然而圖8-10中顯示的技術(shù)能在進行焊接過程前通過將填充材料置于待焊接的位置(例如，在焊縫里/上/之間/相鄰處等)使焊縫產(chǎn)生時存在填充材料。參看圖8，所述方法也可包括在第一結(jié)構(gòu)152和第二結(jié)構(gòu)154之間沉積填充材料158的步驟。在該實施例中，第一結(jié)構(gòu)152是TWIP鋼，第二結(jié)構(gòu)154是低至中碳鋼，例如HSLA，且填充材料152是高鎳、高鉻填充合金如STS310的層等。填充材料158可以多種預(yù) 先確定的方法引入焊接區(qū)153，所述方法如帶狀法(tape)、化學氣相沉積、激光金屬沉積、噴霧形成、涂布或使用任何其他合適的涂布方法。填充材料158可或沉積在第一結(jié)構(gòu)152(TWIP)表面、第二結(jié)構(gòu)154 (HSLA)表面或沉積在兩者上。沉積層的寬度和厚度依一定尺寸制造并定位使激光束(L)沿著TWIP/HSLA完全熔化涂層并形成全為奧氏體并與基礎(chǔ)材料兼容的焊縫150?，F(xiàn)在參看圖9，所述方法也可包括在第一結(jié)構(gòu)162和第二結(jié)構(gòu)164之間的開ロ 169中沉積填充材料168的步驟。開ロ 169可為位于第一結(jié)構(gòu)162、第二結(jié)構(gòu)164或兩者的表面溝槽、凹陷、環(huán)形物、孔洞等。在該實施例中，第一結(jié)構(gòu)162是TWIP鋼，第二結(jié)構(gòu)164是低至中碳鋼，如HSLA，且填充材料168是沉積于第二結(jié)構(gòu)164的表面溝槽中的高鎳、高鉻填充合金如STS310的層等。該實施方案的優(yōu)勢是由于部件表面彼此緊鄰(即貼合無縫的)，與如前述實施方案(圖8)所示的具有縫隙相反，焊接后第一結(jié)構(gòu)162 (TffIP)和第二結(jié)構(gòu)164(HSLA)部件之間配合得更好。應(yīng)注意圖表是示例性方法但不暗示所有可引入Ni/Cr層的方法。此外，最有成本效益的是焊接過程中如果沒有除焊縫160以外的過量Ni/Cr層，而是全都消耗了。然而為了進行圖示而顯示了延伸超過最終激光焊縫?，F(xiàn)在參看圖10，所述方法也可包括在第一結(jié)構(gòu)172和/或第二結(jié)構(gòu)174的上表面沉積填充材料178的步驟。在該實施方案中，第一結(jié)構(gòu)172是TWIP鋼，第二結(jié)構(gòu)174是低至中碳鋼，如HSLA，且填充材料178是高鎳、高鉻填充合金如STS310的層等。將第一結(jié)構(gòu)172緊鄰第二結(jié)構(gòu)174放置且填充材料178沉積于待在具體焊接區(qū)焊接的第一結(jié)構(gòu)172的·上表面，使得填充材料在待焊接的兩個部件上方。每種技術(shù)(圖8-10)都利用了激光焊接固有的快焊接速率并消除了可能發(fā)生在單獨加入填充劑時的不適當?shù)南♂尡壤＠?，合適的稀釋比例或混合物在舍弗勒圖的奧氏體區(qū)域且不適當?shù)南♂尡壤蚧旌衔镌隈R氏體區(qū)域。激光焊接熔化區(qū)的尺寸(例如焊接寬度和厚度，基于激光輸入功率、焊接速率等)很好理解且重復(fù)性高。由于該重復(fù)性，可在TWIP和HSLA鋼之間提供將提供均勻稀釋物(激光焊接時將落入奧氏體區(qū)域的混合物)的Ni/Cr合金層，井能在高焊接速率下完成。純Ni可沉積于足夠的層以獲得奧氏體焊縫。純鎳和純鉻也可合鑄入焊縫以獲得奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。盡管優(yōu)選純鎳或主要為鎳的合金，但也可接受其他組合物，如含最高達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。也可使用純鉻以獲得奧氏體焊縫微觀結(jié)構(gòu)。只要獲得奧氏體焊縫微觀結(jié)構(gòu)，可提供在純凈物極端之間的Ni/Cr比例。最佳比例是在最低成本下獲得奧氏體微觀結(jié)構(gòu)的比例。其可基于對將需要多少填充材料(例如，純Ni或合金)——基于其組成——的計算而估計。通常，優(yōu)選較高鎳含量合金且低碳鋼和TWIP鋼的混合物應(yīng)傾向于較高濃度的TWIP。通過穿過TWIP焊接并限制焊縫滲入低碳鋼，將產(chǎn)生需要最少量填充材料的奧氏體焊縫。Ni/Cr和Fe/Ni/Cr合金可進ー步優(yōu)化以利用物理冶金特性從而改善焊接速率和條件。根據(jù)另ー個實施方案，可采用點焊作為另ー種其中不添加填充材料的接縫方法。通過將該概念應(yīng)用于TWIP或HSLA，可在原本很難的情況下產(chǎn)生足夠的焊縫。待焊接的兩個部件之間的填充材料將通過與待焊接的兩個部件混合來改善點焊強度?，F(xiàn)在參看圖11，顯示了顯示對于焊縫中給定的TWIP濃度所需的包含鎳和鉻(50%Ni和50%Cr)的填充材料的比例的示意圖。所述圖可用于方法步驟240以選擇適當?shù)奶畛洳牧蠌亩a(chǎn)生所需的焊縫奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。焊縫中填充材料的比例首先通過填充材料的厚度，第二通過焊接條件(例如功率水平、速率等)確定。焊縫中低碳鋼與TWIP的比例通過焊接條件(例如能量水平、速率等)確定。通常，焊縫中在較高TWIP濃度(例如從0%TWIP(100%340XF HSLA)至100%TWIP (0%340XF HSLA))下需要較低比例的填充材料。如果焊縫中填充材料為26%或更多，則無論焊縫中TWIP的比例是多少，焊縫都將是奧氏體。
參看圖12，顯示了顯示對于焊縫中給定的TWIP濃度所需的包含鎳(100%Ni)的填充材料比例的示意圖。該圖可用于方法步驟240以選擇適當?shù)奶畛洳牧蠌亩a(chǎn)生所需的焊縫奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。焊縫中填充材料的比例首先通過填充材料的厚度，第二通過焊接條件(例如功率水平、速率等)確定。焊縫中低碳鋼與TWIP的比例通過焊接條件(例如功率水平、速率等)確定。通常，如圖8所示，焊縫中在較高TWIP濃度(例如從0%TWIP (100%340XFHSLA)至100%TWIP (0%340XF HSLA))下，需要較低比例的填充材料。如果焊縫中填充材料的體積為24%或更多，則無論焊縫中TWIP的比例是多少，焊縫都將是奧氏體。現(xiàn)在參看圖14-15，顯示了另ー個實施方案的在第一結(jié)構(gòu)302，第二結(jié)構(gòu)303和墊片304之間的激光焊縫300。在該實施方案中，第一結(jié)構(gòu)302是TWIP鋼片，第二結(jié)構(gòu)304是340XF鋼片，且墊片303是H-214合金墊片料。預(yù)期H-214合金墊片料303如圖15所示產(chǎn)生具有奧氏體和馬氏體微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)合的焊縫300?，F(xiàn)在參看圖16-17，顯示了另ー個實施方案的在第一結(jié)構(gòu)402，第二結(jié)構(gòu)404和墊 片403之間的激光焊縫400。在該實施方案中，第一結(jié)構(gòu)402用TWIP鋼片形成，第二結(jié)構(gòu)404用340XF鋼片形成，且墊片403用Ni-Fe合金墊片料形成。預(yù)期Ni-Fe合金墊片料403如圖15所示產(chǎn)生具有奧氏體和馬氏體微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)合的焊縫400?，F(xiàn)在參看圖18，該圖說明了圖14、圖16的激光焊縫的搭接剪切強度和自焊的(沒有墊片料)TffIP與340XF之間的激光焊縫。當與自焊的(沒有墊片料)TffIP與340XF之間的激光焊縫比較時，其中使用H-214墊片料303和Ni-Fe墊片料403的兩個實例中搭接剪切強度和延展性得到改善。現(xiàn)在參看圖19-21，顯示了使用先前圖6和7所示方法在第一結(jié)構(gòu)502、第二結(jié)構(gòu)504和填充材料503之間形成的混合激光焊縫。在該實施例中，第一結(jié)構(gòu)用TWIP鋼片形成，第二結(jié)構(gòu)用340XF鋼片形成，且填充材料503用STS310填充劑形成。預(yù)期STS310填充材料的加入如圖20所示產(chǎn)生具有奧氏體微觀結(jié)構(gòu)的焊縫500。當與自焊的(沒有墊片料)TWIP與340XF之間的激光焊縫比較時，搭接剪切強度和延展性通過混合焊接方法用STS310填充劑改善?？筛鶕?jù)上文的教導(dǎo)對本發(fā)明公開內(nèi)容進行許多修改和變化。因此，在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明的公開內(nèi)容可進行具體記載以外的實踐。
權(quán)利要求
1.一種將具有不同鋼種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驟 提供具有第一端部、相對的第二端部、外表面和內(nèi)表面的第一座椅結(jié)構(gòu)，所述第一座椅結(jié)構(gòu)由第一種鋼種制得； 提供具有第一端部、相對的第二端部、外表面和內(nèi)表面的第二座椅結(jié)構(gòu)，所述第二座椅結(jié)構(gòu)由第二種鋼種制得； 將第一座椅結(jié)構(gòu)的第一端部鄰近第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部放置以產(chǎn)生焊接區(qū)域，其中第一座椅結(jié)構(gòu)第一端部的至少一部分重疊于第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部的至少一部分； 選擇具有將在第一座椅結(jié)構(gòu)第一端部、第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部和填充材料之間產(chǎn)生焊縫使焊縫具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)的組成的填充材料； 將填充材料臨近焊接區(qū)域放置；以及 將激光束引至焊接區(qū)域以在第一座椅結(jié)構(gòu)第一端部、第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部和填充材料之間形成焊縫，其中焊縫具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)，以形成交通工具座椅。
2.權(quán)利要求I的方法，其中預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)至少有一部分為奧氏體。
3.權(quán)利要求I的方法，其中第一座椅結(jié)構(gòu)由TWIP鋼制得。
4.權(quán)利要求I的方法，其中第二座椅結(jié)構(gòu)由低至中碳鋼制得。
5.權(quán)利要求I的方法，其中第二座椅結(jié)構(gòu)由340XF高強度低合金鋼制得。
6.權(quán)利要求I的方法，其中填充材料是具有相當于奧氏體的鎳和鉻當量的STS310填充材料。
7.權(quán)利要求I的方法，進一步包括將填充材料放置于第一座椅結(jié)構(gòu)第一端部和第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部之間的焊接區(qū)的步驟。
8.權(quán)利要求I的方法，進一步包括將填充材料放置于第一座椅結(jié)構(gòu)第一端部和第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部中至少一個的表面開口內(nèi)位于的第一座椅結(jié)構(gòu)第一端部和第二座椅結(jié)構(gòu)第一端部之間的焊接區(qū)的步驟。
9.權(quán)利要求I的方法，進一步包括將填充材料放置于第一座椅結(jié)構(gòu)和第二座椅結(jié)構(gòu)中的至少一個的外表面上的焊接區(qū)的步驟。
10.權(quán)利要求I的方法，其中第一座椅結(jié)構(gòu)，第二座椅結(jié)構(gòu)，和填充材料形成稀釋比例為33:33:33的焊縫從而產(chǎn)生奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。
11.權(quán)利要求I的方法，其中填充材料是放置于第一座椅結(jié)構(gòu)和第二座椅結(jié)構(gòu)之間的焊接區(qū)的H-214合金墊片料。
12.權(quán)利要求I的方法，其中填充材料是放置于第一座椅結(jié)構(gòu)和第二座椅結(jié)構(gòu)之間的焊接區(qū)的Ni-Fe合金墊片料。
13.權(quán)利要求I的方法，其中第一座椅結(jié)構(gòu)和第二座椅結(jié)構(gòu)被連接形成座椅框架。
14.一種將具有不同鋼種的交通工具座椅結(jié)構(gòu)激光焊接在一起的方法，所述方法包括以下步驟 提供由TWIP鋼制得的第一座椅結(jié)構(gòu)； 提供由340XF高強度低合金鋼制得的第二座椅結(jié)構(gòu)； 將第一座椅結(jié)構(gòu)臨近第二座椅結(jié)構(gòu)放置以產(chǎn)生焊接區(qū)域，其中第一座椅結(jié)構(gòu)的至少一部分重疊于第二座椅結(jié)構(gòu)的至少一部分；選擇具有在第一座椅結(jié)構(gòu)、第二座椅結(jié)構(gòu)和填充材料之間形成焊縫使焊縫具有奧氏體微觀結(jié)構(gòu)的組成的STS310填充材料； 將填充材料臨近焊接區(qū)域放置以及 將激光束引至焊接區(qū)域以在第一座椅結(jié)構(gòu)、第二座椅結(jié)構(gòu)和填充材料之間形成焊縫，其中焊縫具有奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。
15.權(quán)利要求14的方法，其中第一座椅結(jié)構(gòu)、第二座椅結(jié)構(gòu)、和填充材料形成稀釋比例為33:33:33的焊縫從而產(chǎn)生奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種將具有不同鋼種的結(jié)構(gòu)激光焊接在一起的方法。所述方法包括提供由第一種鋼種和組合物制得的第一結(jié)構(gòu)并提供由第二種鋼種組合物制得的第二結(jié)構(gòu)。將第一結(jié)構(gòu)鄰近第二結(jié)構(gòu)放置以產(chǎn)生焊接區(qū)域，其中第一結(jié)構(gòu)的至少一部分重疊于第二結(jié)構(gòu)的至少一部分。選擇具有會在第一結(jié)構(gòu)、第二結(jié)構(gòu)和填充材料間產(chǎn)生焊縫使焊縫具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)的組成的填充材料。將填充材料鄰近焊接區(qū)域放置。將激光束引至焊接區(qū)域以在第一結(jié)構(gòu)、第二結(jié)構(gòu)和填充材料間產(chǎn)生焊縫，其中焊縫具有預(yù)先確定的微觀結(jié)構(gòu)。
文檔編號B23K26/00GK102712059SQ201080061599
公開日2012年10月3日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者A·M·凱斯蒂安, D·J·薩金南, O·澤卡維卡 申請人:江森自控科技公司