[发明专利]镀锌钢电阻焊中减轻液态金属脆化开裂的焊接凸缘预处理

说明书

一种减轻镀锌钢电阻焊接中液态金属脆化裂纹的方法，包括：通过以下方式改性钢构件的至少一个面以形成第一工件：将第一层中的含锌材料施加到钢构件的至少一个面上；以及在第一含锌材料层上喷涂第二含铜材料层。使第一工件的该至少一个面与钢材料的第二工件邻接。执行焊接操作以将第一工件接合到第二工件。电阻焊接操作的温度使含锌材料与含铜材料局部熔化以形成含锌材料和含铜材料的黄铜合金。

技术领域

本公开涉及焊接，包括铁素体、奥氏体或复杂多相微结构的镀锌钢的电阻焊接。

背景技术

汽车车辆使用高强度钢(HSS)，例如第3代HSS，作为结构构件，例如用作负载梁加强件、B柱加强件、车顶纵梁内部加强件、前顶盖和顶盖横梁构件、板体(panel body)侧梁加强件、加强前纵梁和后纵梁、和加强地板横梁。在这些应用中使用HSS允许在冲击期间(例如在碰撞期间)发生预定变形。第3代HSS在本文中定义为拉伸强度(MPa)×伸长率≥25,000的钢。包括第3代HSS的高强度钢通常涂覆有诸如锌的涂层作为电镀保护层，以使钢的氧化减小到最低。理想的是利用诸如电阻焊接的快速焊接技术来接合包括第3代HSS的钢部件，快速焊接技术能够将焊接部位的温度局部地升高到大约1500摄氏度或更高。当焊接镀锌HSS部件时，在约400摄氏度下熔化的液态锌与钢相互作用，这与电阻焊接期间工件加热和冷却产生的应变和应力一起可能导致液态金属脆化(LME)开裂。

液态金属脆化(也称为液态金属诱导脆化)是指某些韧性金属在在暴露于特定液态金属时拉伸延展性急剧下降或发生脆性断裂的现象。对于在热浸镀锌期间或在随后的制造期间(例如焊接期间)遭受延展性损失和开裂的若干种钢，实际上发生了LME。例如，当电镀保护涂层的熔融锌起作用从而在基础钢材料中引起裂缝时，在电阻焊接期间，HSS镀锌钢的焊接接头附近或焊接接头中可能出现裂缝。

因此，虽然目前镀锌的第3代HSS部件实现了其改善可成形性和能量吸收的预期目的，但是还需要一种新的和改进的预处理系统和方法来减轻镀锌钢电阻焊接中的液态金属脆化裂纹。

发明内容

根据若干方面，一种用于减少涂层钢(包括镀锌钢、镀锌退火钢和ZAM(锌、铝、镁合金)钢)焊接中液态金属脆化裂纹的预处理方法，包括将含锌材料和含铜材料层叠在钢构件的至少一个面上以形成第一工件。使第一工件的该至少一个面与钢材料的第二工件邻接。执行焊接操作以将第一工件接合到第二工件。焊接操作的温度产生含锌材料和含铜材料的合金。

在本公开的另一方面，在层叠步骤中，将含锌材料直接施加到钢构件上，并且随后将含铜材料施加到含锌材料上。

在本公开的另一方面，在层叠步骤中，将含铜材料直接施加到钢构件上，并且随后将含锌材料施加到含铜材料上。

在本公开的另一方面，该方法还包括利用热喷涂装置施加含铜材料。

在本公开的另一方面，该方法还包括在高于400摄氏度的温度下施加含铜材料。

在本公开的另一方面，该方法还包括选择含铜材料的铜含量，以使含锌材料和含铜材料的合金的熔化温度大于或等于400摄氏度。

在本公开的另一方面，该方法还包括选择基本上纯的铜作为含铜材料。

在本公开的另一方面，该方法还包括选择硅青铜作为含铜材料。

在本公开的另一方面，电阻焊接操作的温度使得含锌材料与含铜材料合金化，以形成黄铜材料合金。

在本公开的另一个方面，钢构件限定为涂层钢，该涂层钢选自中等强度钢、高强度钢和包括第3代高强度钢的高级高强度钢中的任何一种。