本发明涉及激光焊接技术领域，尤其是涉及一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法。
背景技术：
伴随着世界汽车保有量的与日俱增，能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。节能减排已成为世界汽车工业界亟待解决的问题。据统计，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可提高6％～8％；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3～0.6升；汽车重量降低1％，油耗可降低0.7％。超高强度钢在抗碰撞性能、加工工艺和成本方面具有明显的优势，能够满足减轻汽车重量和提高碰撞安全性能的双重需要。因此，超高强钢是汽车领域中在材料减重方面满足车身轻量化及提高碰撞性的最佳选择，也被越来越广泛的应用到车身的制造中。
热成形钢作为一种典形的超高强汽车用钢，主要用于汽车上B柱、防撞梁等安全件的制造。现有技术为防止热成形钢在热冲压成形过程中表层被氧化，通常将Al-Si镀层镀在钢板表面，然而该镀层却导致该钢的焊接带来非常大的困难：Al-Si镀层在焊接过程中熔化后会进入焊缝，形成脆性的金属间Fe-Al化合物，同时影响焊缝相变规律导致铁素体的形成，使得焊缝的强度和韧性均无法满足要求。因此，现有技术通常采用机械剥离、激光烧蚀、喷丸等方式先去除表面镀层，再进行焊接用于避免铝层与合金层带来的影响，但这种方法工序繁多，大大降低了生产效率。
专利201380001259.1公布了一种利用填充焊丝(C含量比基材高0.1％～0.8％wt、Mn含量比基材高1.5％～7.0％wt)来抑制焊缝区内铁素体相变的发生，实现了不需要去除Al-Si镀层直接进行激光拼焊，并且能够获得高质量的不同材料或厚度的拼焊板。但是，该方法是通过添加焊丝来实现焊接，显然，对于实际应用而言，正是由于使用焊丝、增加送丝机、激光束与送丝机匹配等，使得生产成本显著提高。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法，方法简单、成本低、抗剪强度高。
本发明提供了一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法，包括：
使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊；所述保护气体包括氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体。
优选的，所述保护气体中惰性气体占混合气体的体积百分比为78％～95％；所述氧气和二氧化碳的一种或两种占混合气体的体积百分比为5％～22％。
优选的，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氮气中的一种或几种。
优选的，所述保护气体的流量为10～15L/min。
优选的，所述激光焊接设备的激光功率为500～5000W；激光束扫描速率为0.8～3.0m/min。
优选的，所述激光焊接设备为光纤激光器、半导体激光器或二氧化碳激光器。
优选的，所述带Al-Si镀层的热成形钢板的厚度为0.8～2.0mm。
优选的，所述带Al-Si镀层的热成形钢板的布置形式为对接；所述对接的两块钢板之间的焊缝宽度小于所述带Al-Si镀层的热成形钢板的厚度的10％～20％。
优选的，所述拼焊前包括预处理，所述预处理为使用溶剂清洗所述钢板。
优选的，所述溶剂选自丙酮和乙醇中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明提供了一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法，包括：使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊；所述保护气体包括氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体。本发明在拼焊过程中，采用氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体作为保护气体，提高了焊接熔池中的氧分压，进行使得进入焊接熔池中的Al元素与氧元素结合形成Al2O3，抑制Al与Fe元素形成金属间化合物和影响奥氏体相变，最终获得全板条马氏体组织的焊缝区，焊缝的抗剪强度达到母材水平。该方法无需添加焊丝，也无需焊前去除镀层，方法简单、提高了生产效率、降低了生产成本。
具体实施方式
本发明提供了一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法，包括：
使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊；所述保护气体包括氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体。
本发明使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊。
在本发明中，所述拼焊前优选包括预处理，所述预处理为使用溶剂清洗所述钢板。
在本发明中，所述溶剂优选选自丙酮和乙醇中的一种或几种。
本发明在拼焊前仅仅需要使用溶剂清洗钢板表面油污即可，无需采用机械剥离或激光烧蚀等方法去除钢板表面的Al-Si镀层，方法简单，成本低。
在本发明中，焊接前，优选将清洗后的钢板进行布置，所述带Al-Si镀层的热成形钢板的布置形式为对接；所述对接具体为：
将净化处理的钢板置于工作台上，使用焊接夹具使得两块钢板紧密接触。
本发明对于所述工作台和焊接夹具不进行限定，本领域技术人员熟知的焊接工作台和焊接夹具即可。
在本发明中，所述带Al-Si镀层的热成形钢板的厚度优选为0.8～2.0mm；更优选为1～1.8mm。
在本发明中，所述对接的两块钢板之间的焊缝宽度优选小于所述带Al-Si镀层的热成形钢板的厚度的10％～20％；更优选小于所述带Al-Si镀层的热成形钢板的厚度的10％～18％；最优选小于所述带Al-Si镀层的热成形钢板的厚度的10％～15％。
上述特定的对接设置更有利于最终钢板的强度；上述焊缝的大小更有利于焊接后的熔融相连。
对接后，使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊。
所述拼焊优选具体为：采用激光设备在保护气体条件下，采用激光照射钢板对接处，融化钢板对接处，使得对接处发生液化、凝固以及冷却形成最终的焊缝。
本发明所述带Al-Si镀层的热成形钢板为本领域技术人员熟知的热冲压后的带Al-Si镀层的热成形钢板，本发明对此并无特殊限制。
本发明对于所述具体的拼焊方式不进行限定，本领域技术人员熟知的具体的拼焊方式即可。
在本发明中，所述激光焊接设备优选为光纤激光器、半导体激光器或二氧化碳激光器；更优选为光纤激光器。
在本发明中，所述激光焊接设备的激光功率优选为500～5000W；更优选为1000～4000W；所述激光束扫描速率优选为0.8～3.0m/min；更优选为1～3.0m/min；最优选为2～3.0m/min。
在本发明中，所述保护气体中惰性气体占混合气体的体积百分比优选为78％～95％；更优选为80％～93％；最优选为82％～90％；所述氧气和二氧化碳的一种或两种占混合气体的体积百分比优选为5％～22％；更优选为7％～20％；最优选为10％～18％。
在本发明中，所述氧气和二氧化碳的体积比优选为1：(2～3)。
在本发明中，所述保护气体中除了惰性气体、氧气和二氧化碳，本发明还可以包括1％～2％的杂质气体。本发明对于所述杂质气体的种类不进行限定。
本发明的保护气体还可以是空气。
在本发明中，所述惰性气体优选选自氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氮气中的一种或几种，更优选为氮气。
在本发明中，所述保护气体的流量优选为10～15L/min；更优选为11～14L/min。
由于激光焊接具有快速加热和快速冷却的特点，本发明通过调节保护气体中氧气和/或二氧化碳的比例，使得脱氧产物Al2O3和SiO2等的颗粒尺寸将会非常细小，均在1μm以下，将不会对焊缝质量产生影响。
本发明提供了一种带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法，包括：使用激光焊接设备将带Al-Si镀层的热成形钢板在保护气体的条件下进行拼焊；所述保护气体包括氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体。本发明在拼焊过程中，采用氧气和二氧化碳的一种或两种与惰性气体的混合气体作为保护气体，配合特定焊接工艺参数的选择，使得镀层中Al、Si与保护气中的氧元素优先形成尺寸在1μm以下的Al2O3和SiO2等，抑制Al与Fe元素形成金属间化合物和影响奥氏体相变，最终获得全板条马氏体组织的焊缝区，焊缝的抗剪强度达到母材水平。该方法无需添加焊丝，也无需焊前去除镀层，方法简单、提高了生产效率、降低了生产成本。
本发明优选采用以下方式对拼焊后的钢材进行性能测定：
GB/T 2651-2008焊接接头拉伸试验方法。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的带Al-Si镀层热成形钢的激光拼焊方法进行详细描述。
实施例1
将带Al-Si镀层的热成形钢进行表面油污清洗，厚度1.2mm，钢板内部的组织为马氏体；将焊接试验板平放在焊接试验台上，并用焊接夹具将样品固定，保证对接处的组对间隙为0.1～0.3mm；
利用6kW光纤激光器对试验板进行拼焊，光斑直径为0.5mm，焊接速度为2.0米/分钟，激光功率为3.5kW，保护气分别为85％N2+15％O2，气体流量为10L/min.不添加焊丝施焊。
焊后观察焊缝宏观形貌优良，无明显飞溅，且为全熔透焊缝。拉伸断裂位置出现在母材区，焊缝区的显微组织为板条马氏体。焊缝区的冷弯性能满足要求。
按照本发明所述的测定方式对拼焊后的钢材进行性能测定，结果为：拼焊接头的抗剪强度为1100MPa。
实施例2
将带Al-Si镀层的热成形钢进行表面油污清洗，厚度1.5mm，钢板的内部组织为板条马氏体；将焊接试验板平放在焊接试验台上，并用焊接夹具将样品固定，保证对接处的组对间隙为0.3～0.4mm；利用IPG 6kW光纤激光器对试验板进行拼焊，光斑直径为0.3mm，焊接速度为3.0米/分钟，激光功率为4.0kW，保护气为90％N2+10％CO2，气体流量为13L/min，不添加焊丝施焊。
焊后观察焊缝宏观形貌优良，无明显飞溅，且为全熔透焊缝。拉伸断裂位置出现在母材区，焊缝内未出现明显的软化，焊缝内的显微组织为板条马氏体，无高温铁素体出现。
按照本发明所述的测定方式对拼焊后的钢材进行性能测定，结果为：拼焊接头的抗剪强度为1100MPa。
实施例3
将带Al-Si镀层的热成形钢进行表面油污清洗，厚度1.2mm，钢板内部的组织为马氏体；将焊接试验板平放在焊接试验台上，并用焊接夹具将样品固定，保证对接处的组对间隙为0.1～0.3mm；
利用6kW光纤激光器对试验板进行拼焊，光斑直径为0.5mm，焊接速度为2.0米/分钟，激光功率为3.5kW，保护气为空气，气体流量为15L/min，不添加焊丝施焊。
焊后观察焊缝宏观形貌优良，无明显飞溅，且为全熔透焊缝。拉伸断裂位置出现在母材区，焊缝区的显微组织为板条马氏体。焊缝区的冷弯性能满足要求。
按照本发明所述的测定方式对拼焊后的钢材进行性能测定，结果为：拼焊接头的抗剪强度为1100MPa。
实施例4
将带Al-Si镀层的热成形钢进行表面油污清洗，厚度1.2mm，钢板内部的组织为马氏体；将焊接试验板平放在焊接试验台上，并用焊接夹具将样品固定，保证对接处的组对间隙为0.1～0.3mm；
利用6kW光纤激光器对试验板进行拼焊，光斑直径为0.5mm，焊接速度为2.0米/分钟，激光功率为3.5kW，保护气为85％N2+10％CO2+5％O2，气体流量为15L/min，不添加焊丝施焊。
焊后观察焊缝宏观形貌优良，无明显飞溅，且为全熔透焊缝。拉伸断裂位置出现在母材区，焊缝区的显微组织为板条马氏体。焊缝区的冷弯性能满足要求。
按照本发明所述的测定方式对拼焊后的钢材进行性能测定，结果为：拼焊接头的抗剪强度为1100MPa。
比较例1
将带Al-Si镀层的热成形钢进行表面油污清洗，厚度1.2mm，机械剥离去除表面的Al-Si镀层，钢板内部的组织为马氏体；将焊接试验板平放在焊接试验台上，并用焊接夹具将样品固定，保证对接处的组对间隙为0.1～0.3mm；
利用6kW光纤激光器对试验板进行拼焊，光斑直径为0.5mm，焊接速度为2.0米/分钟，激光功率为3.5kW，保护气为100％氮气，气体流量为15L/min，不添加焊丝施焊。
按照本发明所述的测定方式对拼焊后的钢材进行性能测定，结果为：拼焊接头的抗剪强度为1050MPa。
比较例2
将带Al-Si镀层的热成形钢进行表面油污清洗，厚度1.2mm，钢板内部的组织为马氏体；将焊接试验板平放在焊接试验台上，并用焊接夹具将样品固定，保证对接处的组对间隙为0.1～0.3mm；
利用6kW光纤激光器对试验板进行拼焊，光斑直径为0.5mm，焊接速度为2.0米/分钟，激光功率为3.5kW，保护气为100％氮气，气体流量为15L/min，不添加焊丝施焊。
按照本发明所述的测定方式对拼焊后的钢材进行性能测定，结果为：拼焊接头的抗剪强度为820MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。