RU2787826C1

RU2787826C1 - Method for fusion welding of one or multiple steel sheets made of press-quenched steel

Info

Publication number: RU2787826C1
Application number: RU2021130537A
Authority: RU
Inventors: Яна ФОН ДЕР ХЕЙДТ; Кристиан БОТ; Михаэль КЕССЛЕР
Original assignee: Баостил Тейлорд Блэнкс Гмбх
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2023-01-12

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to a method for fusion welding of one or multiple steel sheets (1, 2) made of press-quenched steel, preferably boron-containing manganese steel, wherein a particular sheet or at least one of the steel sheets has an aluminium-containing metal coating (4). The fusion welding is performed while feeding the filler material (11) into the welding bath (9) formed using at least one laser beam. In order to improve the quenching capacity of the weld (14), regardless of whether the steel sheets subject to being welded together are steel sheets made of the same-grade or different-grade material and/or steel sheets with different thicknesses, a single laser focal spot (16) with a different energy distribution is generated using one or multiple optical elements over the welding bath so that the laser focal spot (16) has a smaller region (16.1) of the laser focal spot and a larger region (16.2) of the laser focal spot. The larger region of the laser focal spot subjects to the effect of radiation a surface with an area of at least twice that of the surface subjected to the effect of radiation of the smaller region of the laser focal spot. An output laser power emitted per unit surface on the smaller region of the laser focal spot is greater than that on the larger region of the laser focal spot.

EFFECT: creation of a weld with the strength and hardness after hot forming (press-quenching) comparable to those of the base material, wherein the method is characterised by relatively low energy consumption.

32 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Настоящее изобретение относится к способу сварки плавлением одного или нескольких стальных листов, изготовленных из закаливаемой под прессом стали, предпочтительно, из борсодержащей марганцовистой стали, причем, стальной лист или, по меньшей мере, один из стальных листов имеет металлическое покрытие, выполненное из алюминия, например, покрытие Al-Si, и сварка плавлением выполняется во время подачи присадочного материала в сварочную ванну, образованную исключительно с помощью, по меньшей мере, одного лазерного луча.The present invention relates to a process for fusion welding of one or more steel sheets made of press-hardenable steel, preferably boron manganese steel, wherein the steel sheet or at least one of the steel sheets has a metallic coating made of aluminum, for example , Al-Si coating, and fusion welding is performed while the filler material is fed into the weld pool formed solely by at least one laser beam.

Стальные листы с заданными характеристиками (так называемые заготовки с заданными характеристиками), используются в автомобильных конструкциях для удовлетворения жестких требований к безопасности при столкновении при минимально возможном весе кузова. С этой целью отдельные листы или полосы из материалов различных сортов и/или листов разной толщины соединяют друг с другом в стыковом соединении лазерной сваркой. Таким образом, разные места кузова могут быть приспособлены к воздействию различных нагрузок. Это означает, что на участках с высокой нагрузкой может использоваться листовая сталь большей толщины или высокопрочная листовая сталь, и на других участках могут использоваться листы меньшей толщины или листы, изготовленные из относительно мягкой стали для глубокой вытяжки. Металлические листы с заданными характеристиками этого типа позволяют не использовать на кузове дополнительные усиливающие элементы. Это экономит материал и позволяет уменьшить общий вес кузова.Customized steel sheets (so-called custom blanks) are used in automotive structures to meet stringent crash safety requirements at the lowest possible body weight. To this end, individual sheets or strips of materials of different grades and/or sheets of different thicknesses are joined to each other in a butt joint by laser welding. In this way, different places on the body can be adapted to different loads. This means that thicker steel sheets or high-strength steel sheets may be used in high stress areas, and thinner sheets or sheets made from relatively soft deep drawing steel may be used in other areas. Metal sheets with specified characteristics of this type make it possible not to use additional reinforcing elements on the body. This saves material and reduces the overall weight of the body.

Листы, изготовленные из борсодержащей марганцовистой стали, используются в современных кузовных конструкциях и обеспечивают высокую прочность посредством горячей формовки с быстрым охлаждением. В состоянии поставки, т.е. перед горячей формовкой борсодержащие марганцовистые стали имеют прочность при растяжении приблизительно 600 МПа и феррито-перлитную структуру. Закалка под прессом, т.е. нагрев до температуры аустенизации перед формовкой и последующим быстрым охлаждением до или после формовки позволяет создать полностью мартенситную структуру, которая может иметь прочность при растяжении вплоть до 2000 МПа. Компоненты этого типа часто изготавливают из заготовок, которые известны как сварные заготовки с заданными характеристиками; другими словами, между листами разной толщины и/или материалами разных сортов существуют соединения, которые удовлетворяют предъявляемым требованиям и обычно выполняются посредством лазерной сварки.Sheets made from boron manganese steel are used in modern bodywork and provide high strength through hot forming with rapid cooling. As delivered, i.e. before hot forming, boron-manganese steels have a tensile strength of approximately 600 MPa and a ferrite-pearlite structure. Hardening under pressure, i.e. heating to an austenitizing temperature before forming and then rapidly cooling before or after forming produces a fully martensitic structure which can have tensile strengths up to 2000 MPa. Components of this type are often made from billets that are known as welded billets; in other words, between sheets of different thicknesses and/or materials of different grades, there are connections that meet the requirements and are usually made by laser welding.

В процессе горячей формовки и закалки, где сварные заготовки с заданными характеристиками подвергаются дальнейшей обработке, их сварные швы, в общем, должны закаляться до такой же степени, как и основные материалы стальных листов, из которых выполнены сварные заготовки с заданными характеристиками. Это может создать серьезные проблемы для выполнения процесса горячей формовки в случае сварки стальных листов разных толщин, где существует относительно большая разница в толщине материалов соединения. Таким образом, технологическое окно (окно параметров) для надлежащего процесса закалки является относительно небольшим. Кроме того, процесс закалки требует особого внимания и должен быть задан с высокой точностью, что часто создает для пользователя производственные ограничения.In the hot forming and hardening process, where the welded blanks with the desired characteristics are subjected to further processing, their welds, in general, must be hardened to the same extent as the base materials of the steel sheets from which the welded blanks with the desired characteristics are made. This can create serious problems for performing the hot forming process in the case of welding steel sheets of different thicknesses, where there is a relatively large difference in the thickness of the joint materials. Thus, the technological window (parameter window) for a proper hardening process is relatively small. In addition, the hardening process requires special attention and must be specified with high precision, which often creates production constraints for the user.

Сварка плавлением формуемых в горячем состоянии закаливаемых под прессом стальных листов дополнительно ограничивается поверхностным алюминиевым покрытием. Такое покрытие, например, алюминий-кремниевое покрытие, обычно предусматривается для защиты обрабатываемых деталей от образования окалины во время горячей формовки. Однако это поверхностное покрытие оказывает весьма отрицательное воздействие на качество сварных швов. Это связано с тем, что сварка плавлением стальных листов с покрытием расплавляет содержащее алюминий поверхностное покрытие в добавление к основному материалу, в результате чего алюминий попадает в сварной шов. Если содержание алюминия в сварном шве составляет 2 – 10 мас.%, образуются ферритные области (фазы), которые ведут к снижению прочности сварного шва. В таких случаях прочность сварного шва ниже прочности основного материала, поэтому можно предположить, что в сварном шве имеет место недостаточное содержание соответствующего компонента независимо от комбинации соединяемых листов соответствующей толщины.Fusion welding of hot-formed press-hardened steel sheets is further limited by a surface aluminum coating. Such a coating, such as an aluminium-silicon coating, is typically provided to protect workpieces from dross formation during hot forming. However, this surface coating has a very negative effect on the quality of the welds. This is because fusion welding of coated steel sheets melts the aluminum-containing surface coating in addition to the base material, causing aluminum to enter the weld. If the aluminum content in the weld is 2 - 10 wt.%, ferritic regions (phases) are formed, which lead to a decrease in the strength of the weld. In such cases, the strength of the weld is lower than the strength of the base material, so it can be assumed that there is an insufficient content of the corresponding component in the weld, regardless of the combination of sheets of the corresponding thickness to be joined.

Во избежание образования феррита по существующему уровню техники перед выполнением сварки, по меньшей мере, частично удаляют поверхностное покрытие в области кромок листа, подлежащих сварке друг с другом, с помощью механических инструментов или лазерного луча (см. EP 2 007 545 B1). Однако для такого частичного удаления поверхностного покрытия требуется дополнительная технологическая операция, которая является дорогостоящей и трудоемкой и снижает экономическую эффективность производства описанных здесь компонентов.In order to avoid the formation of ferrite according to the state of the art, before welding, at least partially remove the surface coating in the region of the edges of the sheet to be welded to each other, using mechanical tools or a laser beam (see EP 2 007 545 B1). However, such partial removal of the surface coating requires an additional process step, which is costly and time consuming and reduces the economic efficiency of the production of the components described here.

В документе US 2008/0011720 A1 приведено описание способа гибридной лазерно-дуговой сварки, в котором листы, изготовленные из борсодержащей марганцовистой стали и имеющие содержащее алюминий поверхностное покрытие, свариваются друг с другом в стыковом соединении. Дуга генерируется вольфрамовым сварочным электродом или образуется на конце присадочной проволоки, если используется горелка для сварки плавящимся электродом в инертном газе. Присадочная проволока может содержать легирующие элементы (например, Mn, Ni и Cu), которые обусловливают преобразование стали в аустенитную структуру и способствуют поддержанию аустенитного преобразования в сварочной ванне. Предусматривается, что процедура гибридной сварки позволяет сваривать формуемые в горячем состоянии листы из борсодержащей марганцовистой стали с покрытием на основе Al-Si без удаления материала покрытия в зоне, где выполняется сварной шов, при этом всё же необходимо обеспечить, чтобы алюминий, присутствующий в стыковых соединениях листов, не обусловливал уменьшение предела прочности при растяжении в сварном шве компонента. Благодаря присутствию электрической дуги за лазерным лучом обеспечивается однородность сварочной ванны, и, таким образом, исключаются локальные концентрации алюминия выше 1,2 мас.%, которые генерируют ферритную микроструктуру.US 2008/0011720 A1 describes a hybrid laser arc welding method in which sheets made of boron-manganese steel and having an aluminum-containing surface coating are welded to each other in a butt joint. The arc is generated by a tungsten welding electrode or formed at the end of a filler wire if a MIG torch is used. The filler wire may contain alloying elements (eg Mn, Ni and Cu) which cause the steel to transform into an austenitic structure and help maintain the austenitic transformation in the weld pool. It is envisaged that the hybrid welding procedure allows welding of Al-Si based hot formed boron manganese steel sheets without removing the coating material in the area where the weld is made, while still ensuring that the aluminum present in the butt joints sheets, did not cause a decrease in tensile strength in the weld of the component. Due to the presence of an electric arc behind the laser beam, the weld pool is homogenous and thus localized aluminum concentrations above 1.2% by weight, which generate a ferritic microstructure, are avoided.

Этот известный способ гибридной сварки требует относительно большого расхода энергии из-за генерирования электрической дуги. Кроме того, скорость сварки сравнительно низкая. Помимо этого сварной шов, выполняемый гибридной лазерно-дуговой сваркой, имеет форму шва, которая является неблагоприятной для дальнейшей формовки, что может потребовать повторной обработки.This known hybrid welding method requires relatively high energy consumption due to the generation of the electric arc. In addition, the welding speed is relatively low. In addition, the welding seam performed by hybrid laser arc welding has a seam shape that is unfavorable for further forming, which may require re-processing.

Из документа EP 2 919 942 B1 известен способ лазерной сварки листов в стыковом соединении из закаливаемой под прессом борсодержащей марганцовистой стали, использующий присадочную проволоку, причем присадочная проволока содержит, по меньшей мере, один легирующий элемент из группы, содержащей марганец, хром, молибден, кремний и/или никель, который способствует образованию аустенита в сварочной ванне, генерируемой лазерным лучом, и этот, по меньшей мере, один легирующий элемент присутствует в присадочной проволоке с массовой долей, по меньшей мере, на 0,1 мас.% больше, чем в закаливаемой под прессом стали стальных листов. Присадочная проволока имеет следующий состав: 0,05 – 0,15 мас.% C, 0,5 – 2,0 мас.% Si, 1,0 – 2,5 мас.% Mn, 0,5 – 2,0 мас.% Cr + Mo, и 1,0 – 4,0 мас.% Ni, остальное железо и неизбежные примеси. Кроме того, присадочная проволока имеет массовую долю углерода, которая, по меньшей мере, на 0,1 мас.% меньше, чем в закаливаемой под прессом стали стальных листов. Способ также отличается тем, что используемые стальные листы не имеют покрытия или частично зачищены перед сваркой посредством удаления покрытия в области кромок вдоль стыковых кромок, подлежащих сварке друг с другом.From document EP 2 919 942 B1, a method for laser butt welding of sheets in a press-hardenable boron-manganese steel butt joint is known, using a filler wire, the filler wire containing at least one alloying element from the group containing manganese, chromium, molybdenum, silicon and/or nickel, which contributes to the formation of austenite in the weld pool generated by the laser beam, and this at least one alloying element is present in the filler wire with a mass fraction of at least 0.1 wt.% more than in hardened under pressure steel sheets. The filler wire has the following composition: 0.05 - 0.15 wt.% C, 0.5 - 2.0 wt.% Si, 1.0 - 2.5 wt.% Mn, 0.5 - 2.0 wt. .% Cr + Mo, and 1.0 - 4.0 wt.% Ni, the rest is iron and inevitable impurities. In addition, the filler wire has a mass fraction of carbon, which is at least 0.1 wt.% less than in press-hardened steel sheets. The method is also characterized in that the steel sheets used are uncoated or partially cleaned before welding by removing the coating in the edge region along the butt edges to be welded to each other.

В документе EP 2 737 971 A1 приведено описание способа лазерной сварки для изготовления сварных заготовок с заданными характеристиками из стальных листов с покрытием, используя присадочную проволоку, причем стальные листы состоят из легированной бором стали и имеют алюминий-кремниевое или цинковое покрытие. Присадочная проволока содержит углерод или марганец, причем массовая доля этого элемента в присадочной поволоке больше, чем в основном материале стальных листов с покрытием. Таким образом, содержание углерода в присадочной проволоке должно составлять 0,1 – 0,8 мас.%, и содержание в ней магния 1,5 – 7,0 мас.% выше, чем в основном материале стальных листов. Это исключает снижение прочности сварного шва по сравнению с закаливаемыми под прессом стальными листами в результате проникновения материала покрытия в сварочную ванну, генерируемую лазерным лучом.EP 2 737 971 A1 describes a laser welding method for producing welded workpieces with specified characteristics from coated steel sheets using a filler wire, the steel sheets being composed of boron alloyed steel and having an aluminium-silicon or zinc coating. The filler wire contains carbon or manganese, and the mass fraction of this element in the filler wire is greater than in the base material of coated steel sheets. Thus, the carbon content in the filler wire should be 0.1 - 0.8 wt.%, and the content of magnesium in it 1.5 - 7.0 wt.% is higher than in the base material of steel sheets. This eliminates the reduction in strength of the weld compared to press-hardened steel sheets as a result of penetration of the coating material into the weld pool generated by the laser beam.

В документе EP 2 736 672 B1 приведено описание способа изготовления компонента из стальных листов с покрытием с помощью лазерной сварки, используя присадочную проволоку, причем стальные листы имеют покрытие на основе алюминия, которое перед сваркой удаляют в области кромок вдоль соединяемых кромок, подлежащих сварке друг с другом, до такой степени, чтобы оставался слой интерметаллического сплава. Присадочная проволока имеет следующий состав: 0,6 – 1,5 мас.% C, 1,0 – 4,0 мас.% Mn, 0,1 – 0,6 мас.% Si, максимум 2,0 мас.% Cr и максимум 0,2 мас.% Ti, остальное железо и примеси в результате обработки.EP 2 736 672 B1 describes a method for manufacturing a component from coated steel sheets by laser welding using a filler wire, the steel sheets having an aluminum-based coating which is removed before welding in the edge region along the joined edges to be welded to each other. the other to such an extent that an intermetallic alloy layer remains. The filler wire has the following composition: 0.6 - 1.5 wt.% C, 1.0 - 4.0 wt.% Mn, 0.1 - 0.6 wt.% Si, maximum 2.0 wt.% Cr and a maximum of 0.2 wt.% Ti, the rest of the iron and impurities as a result of processing.

В документе DE 10 2017 120 051 A1 приведено описание способа лазерной сварки стальных листов, изготовленных из закаливаемой под прессом борсодержащей марганцовистой стали, причем, по меньшей мере, один из стальных листов имеет алюминиевое покрытие. Лазерная сварка выполняется посредством подачи присадочной проволоки в сварочную ванну, которая образуется исключительно с помощью лазерного луча, причем присадочная проволока содержит, по меньшей мере, один легирующий элемент, стабилизирующий образование аустенита. Для того чтобы сварочный шов имел сходную прочность с основным материалом после обработки под прессом с относительно низким расходом энергии и высокой производительностью лазерный луч настроен таким образом, чтобы он совершал колебания поперек направления сварки, причем частота колебаний составляет, по меньшей мере, 200 Гц. Способ обеспечивает ценовые преимущества, поскольку он устраняет необходимость удаления алюминиевого покрытия на кромках металлических листов, подлежащих сварке. Однако колебание лазерного луча снижает скорость сварки, которая может быть достигнута.Document DE 10 2017 120 051 A1 describes a method for laser welding steel sheets made from press-hardenable boron manganese steel, wherein at least one of the steel sheets has an aluminum coating. Laser welding is carried out by feeding a filler wire into a weld pool which is formed solely by a laser beam, the filler wire containing at least one alloying element which stabilizes the formation of austenite. In order for the welding seam to have a strength similar to that of the base material after being pressed with relatively low energy consumption and high productivity, the laser beam is adjusted to oscillate across the welding direction with an oscillation frequency of at least 200 Hz. The method provides cost advantages because it eliminates the need to remove the aluminum coating on the edges of the metal sheets to be welded. However, the fluctuation of the laser beam reduces the welding speed that can be achieved.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы определить способ по типу, упомянутому в начале описания, с помощью которого стальные листы, из которых, по меньшей мере, один лист изготавливается из закаливаемой под прессом стали и имеет металлическое покрытие, содержащее алюминий, могут быть соединены таким образом, чтобы их сварной шов после горячей формовки (закалки под прессом) имел прочность и твердость, сравнимые с основным материалом, причем способ должен отличаться высокой производительностью и сравнительно низким расходом энергии. В частности, должен быть определен способ по типу, упомянутому в начале описания, с помощью которого повышается способность сварного шва к закалке независимо от того, являются ли стальные листы, которые должны быть сварены друг с другом, стальными листами, изготовленными из материала одного и того же сорта или разных сортов, и/или стальными листами, имеющими разную толщину. Кроме того, расходы на проектно-конструкторскую разработку, необходимые для внедрения способа, должна быть относительно низкими. Таким образом, должен быть создан способ по типу, упомянутому в начале описания, с помощью которого листы, изготовленные из закаливаемой под прессом стали и имеющие покрытие на основе алюминия, могут быть экономично сварены друг с другом, и с помощью которого повышается способность сварного шва к закалке, так что увеличивается технологическое окно для надлежащего процесса закалки. В частности, обеспечивается возможность высокой скорости сварки.The object of the present invention is to define a method of the type mentioned at the beginning of the description, by which steel sheets, of which at least one sheet is made of press-hardenable steel and has a metal coating containing aluminum, can be joined in such a way that their weld seam after hot forming (hardening under pressure) has a strength and hardness comparable to the base material, and the method must be characterized by high productivity and relatively low energy consumption. In particular, a method of the type mentioned at the beginning of the description is to be defined by which the hardenability of a weld is improved, regardless of whether the steel sheets to be welded to each other are steel sheets made from the same material. the same grade or different grades, and/or steel sheets having different thicknesses. In addition, the development costs required to implement the method should be relatively low. Thus, a method of the type mentioned at the beginning of the description should be provided by which sheets made of press-hardened steel having an aluminum-based coating can be economically welded to each other, and by which the ability of the weld to be welded is improved. hardening, so that the technological window for a proper hardening process is increased. In particular, high welding speeds are possible.

Для внедрения, по меньшей мере, некоторых аспектов этой задачи предлагается способ, имеющий признаки, указанные в п.1 формулы изобретения. Преимущественные варианты выполнения способа по изобретению указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.To implement at least some aspects of this task, a method is proposed that has the features indicated in paragraph 1 of the claims. Advantageous embodiments of the method according to the invention are indicated in the dependent claims.

В случае способа лазерной сварки по типу, упомянутому в начале описания, изобретение предлагает одиночное лазерное фокальное пятно с различным распределением энергии, которое должно генерироваться с помощью одного или множества оптических элементов по сварочной ванне, так что лазерное фокальное пятно имеет малый участок лазерного фокального пятна и большой участок лазерного фокального пятна, причем большой участок лазерного фокального пятна подвергает действию излучения поверхность, которая, по меньшей мере, равна двукратной поверхности, предпочтительно, по меньшей мере, трехкратной поверхности, которая подвергается действию излучения малого участка лазерного фокального пятна, причем на единицу поверхности на малом участке лазерного фокального пятна подается большая мощность лазера, чем на большом участке лазерного фокального пятна.In the case of a laser welding method of the type mentioned at the beginning of the description, the invention provides a single laser focal spot with a different energy distribution, which is to be generated by one or a plurality of optical elements over the weld pool, so that the laser focal spot has a small area of the laser focal spot and a large area of the laser focal spot, and the large area of the laser focal spot irradiates a surface that is at least twice the surface, preferably at least three times the surface, which is exposed to radiation from the small area of the laser focal spot, and per unit area in a small area of the laser focal spot, more laser power is supplied than in a large area of the laser focal spot.

Распределение энергии, описанное по изобретению, в лазерном фокальном пятне имеет эффект, состоящий в том, что распределение температуры и, таким образом, течений в сварочной ванне изменяется по сравнению с распределением температуры и течений в сварочной ванне, генерируемым с помощью луча при обычной лазерной сварке. Малый участок лазерного фокального пятна, которое также может именоваться основным фокальным пятном, и в котором на единицу поверхности подается большая выходная мощность лазера, чем на большом участке лазерного фокального пятна (вспомогательное фокальное пятно), по существу, используется для сварки с глубоким проплавлением, в то время как большой участок лазерного фокального пятна поддерживает процесс сварки. Выходная мощность лазера, которая подается на малом участке лазерного фокального пятна, может иметь такой же или приблизительно такой же уровень, как и выходная мощность лазера, которая подается на большом участке лазерного фокального пятна. Например, выходная мощность лазера приблизительно 4,5 кВт может направляться как на малом участке лазерного фокального пятна, так и на большом участке лазерного фокального пятна. Однако в контексте изобретения также предусматривается, что выходная мощность лазера, которая подается с помощью малого участка лазерного фокального пятна, имеет значительно отличающийся уровень по сравнению с выходной мощностью лазера, которая подается с помощью большого участка лазерного фокального пятна. Мощность, подаваемая на большом участке лазерного фокального пятна, распределяется по большему участку поверхности, чем мощность, подаваемая на малом участке лазерного фокального пятна. Следовательно, эффект мощности, которая подается на большом участке лазерного фокального пятна (вспомогательное фокальное пятно), отличается от эффекта мощности на основном фокальном пятне. Благодаря различной подводимой мощности или распределению мощности можно обеспечить улучшенную однородность сварочной ванны и, таким образом, улучшенный сварной шов с точки зрения его способности к закалке. Таким образом, увеличивается технологическое окно для надлежащего процесса закалки.The distribution of energy described according to the invention in the laser focal spot has the effect that the distribution of temperature and thus the currents in the weld pool is changed compared to the distribution of temperature and currents in the weld pool generated by the beam in conventional laser welding . A small area of the laser focal spot, which may also be referred to as the main focal spot, and in which a larger laser output power is supplied per unit area than the large area of the laser focal spot (auxiliary focal spot), is essentially used for deep penetration welding, in while a large area of the laser focal spot supports the welding process. The laser output power that is supplied to a small portion of the laser focal spot may be at the same or approximately the same level as the laser output that is supplied to a large portion of the laser focal spot. For example, a laser output of approximately 4.5 kW may be directed to both a small laser focal spot region and a large laser focal spot region. However, it is also contemplated in the context of the invention that the laser output which is supplied by a small laser focal spot region has a significantly different level compared to the laser output which is supplied by a large laser focal spot region. The power supplied to a large area of the laser focal spot is distributed over a larger area of the surface than the power supplied to a small area of the laser focal spot. Therefore, the effect of power that is supplied to a large portion of the laser focal spot (auxiliary focal spot) is different from the effect of power to the main focal spot. By varying the power input or power distribution, an improved homogeneity of the weld pool and thus an improved weld in terms of its hardenability can be achieved. Thus, the technological window for a proper hardening process is increased.

Распределение мощности регулируется таким образом, что малый участок лазерного фокального пятна (основное фокальное пятно) генерирует процесс сварки с глубоким проплавлением, в то время как мощность наружного или большого участка лазерного фокального пятна не превышает порог мощности для сварки с глубоким проплавлением. Пороговый диапазон, например, соответствует плотности мощности приблизительно 1000 кВт/см².The power distribution is controlled so that a small area of the laser spot (main spot) generates a deep penetration welding process, while the power of the outer or large area of the laser spot does not exceed the power threshold for deep penetration welding. The threshold range, for example, corresponds to a power density of approximately 1000 kW/cm ² .

В частности, способ по изобретению создает преимущество, состоящее в том, что перед процессом сварки он не требует частичного удаления поверхностного покрытия, содержащего алюминий, в области кромок листов, подлежащих сварке друг с другом. Соответственно, предпочтительный вариант выполнения способа по изобретению обеспечивает внедрение, по существу, без предварительного удаления, в частности, без предварительного частичного удаления поверхностного покрытия, содержащего алюминий, в области кромок листов, подлежащих сварке друг с другом.In particular, the method according to the invention offers the advantage that, prior to the welding process, it does not require partial removal of the aluminum-containing surface coating in the edge region of the sheets to be welded to each other. Accordingly, a preferred embodiment of the method according to the invention allows the introduction essentially without prior removal, in particular without prior partial removal of the aluminum-containing surface coating in the edge region of the sheets to be welded to each other.

По сравнению с лазерной сваркой после предварительной зачистки кромок стальных листов с покрытием, подлежащих сварке в стыковом соединении, способ по изобретению обеспечивает оптимизированную геометрию сварного шва, а именно, сечение металлического листа, воспринимающее большую нагрузку. Это создает особое преимущество в отношении последующих динамических нагрузок, действующих на сварной шов.Compared to laser welding after pre-cleaning of the edges of coated steel sheets to be welded in a butt joint, the method according to the invention provides an optimized weld geometry, namely a section of the metal sheet that takes up a large load. This creates a particular advantage with regard to subsequent dynamic loads acting on the weld.

Другим преимуществом способа по изобретению, как было обнаружено при проведении внутренних испытаний, является значительно меньшее образование брызг металла во время сварки. Причина меньшего образования брызг металла во время сварки, по мнению авторов, заключается, в частности, в различном распределении мощности в лазерном локальном пятне и конечном особом течении в сварочной ванне.Another advantage of the method according to the invention, as found in internal tests, is the significantly reduced formation of metal spatter during welding. The reason for the smaller formation of metal spatter during welding, according to the authors, lies, in particular, in the different power distribution in the laser local spot and the final special flow in the weld pool.

Мощность лазерного луча может распределяться в лазерном фокальном пятне в основном переменным образом. Различное распределение мощности или подвод приведенной в соответствие мощности в лазерном фокальном пятне достигается в способе по изобретению с помощью одного или множества оптических элементов. Например, это может быть достигнуто с помощью одного или множества дифракционных или рефракционных оптических элементов и/или непосредственно благодаря использованию одного или множества соответственно расположенных оптических волокон. Соответствующим образом модифицированная лазерная сварочная головка, к примеру, может содержать два различных дифракционных или рефракционных оптических элемента, в частности, линзы, которые могут быть размещены относительно друг друга в осевом и/или радиальном направлении. Соответствующим образом модифицированная лазерная сварочная головка может быть выполнена в виде компактной конструкции.The power of the laser beam can be distributed in the laser focal spot in a substantially variable manner. Different power distribution or matched power delivery in the laser focal spot is achieved in the method according to the invention by means of one or a plurality of optical elements. For example, this can be achieved using one or a plurality of diffractive or refractive optical elements and/or directly through the use of one or a plurality of respectively arranged optical fibers. A suitably modified laser welding head, for example, can comprise two different diffractive or refractive optical elements, in particular lenses, which can be placed relative to each other in the axial and/or radial direction. A suitably modified laser welding head can be made in a compact design.

Другой возможностью для генерирования различного распределения мощности в отдельном лазерном фокальном пятне является разделение лазерного луча и направление полученных таким образом частичных лазерных лучей через различные дифракционные или рефракционные оптические элементы, в частности линзы, причем модулированные таким образом частичные лазерные лучи, затем снова объединяются в лазерный луч, и образованный таким образом лазерный луч направляется к подогнанному соединению кромок стальных листов, подлежащих сварке друг с другом. Модифицированная лазерная сварочная головка этого типа также может быть выполнена в виде компактной конструкции.Another possibility for generating a different power distribution in a single laser focal spot is to split the laser beam and guide the thus obtained partial laser beams through different diffractive or refractive optical elements, in particular lenses, the thus modulated partial laser beams being then recombined into a laser beam. , and the laser beam thus formed is directed to the fitted edge joint of the steel sheets to be welded to each other. This type of modified laser welding head can also be made in a compact structure.

Другой возможностью для генерирования различного распределения мощности в отдельном лазерном фокальном пятне является комбинация двух или более различных лазерных лучей, которые генерируются, например, с помощью сходных или отличающихся источников лазерного излучения в лазерной оптике, так что полученный лазерный луч генерирует одиночное составное лазерное фокальное пятно с различным распределением мощности.Another possibility for generating a different power distribution in a single laser focal spot is the combination of two or more different laser beams, which are generated, for example, by similar or different laser light sources in laser optics, so that the resulting laser beam generates a single composite laser focal spot with different power distribution.

Устройство для направления лазерной сварочной головки или соответствующей обрабатываемой детали, подлежащей сварке, в каждом случае может быть спроектировано в ранее определенных вариантах выполнения обычным образом, т.е. способ по изобретению не требует более сложной механической конструкции или более сложного направляющего устройства, чем в случае с обычными лазерными сварочными системами для выполнения способа согласно классу сварки плавлением одного или множества стальных листов, изготовленных из закаливаемой под прессом стали. Система для гибридной лазерно-дуговой сварки, например, система, известная из US 2008/0011720 A1, с другой стороны, требует относительно сложной механической конструкции и направления сварочного устройства или обрабатываемой детали, подлежащей сварке, из-за удлиненного участка контакта сварочного устройства, в частности, при сварке по криволинейному контуру кромки листа. С помощью способа по изобретению можно получать относительно небольшую сварочную ванну и, соответственно, сварные швы высокого качества. Способ сварки по изобретению отличается низкой восприимчивостью к ошибкам и высокой стабильностью процесса.The device for guiding the laser welding head or the corresponding workpiece to be welded can in each case be designed in the previously defined embodiments in the conventional manner, i.e. the method of the invention does not require a more complex mechanical structure or a more complex guiding device than is the case with conventional laser welding systems in order to carry out the method according to the class of fusion welding of one or more steel sheets made from press hardened steel. A system for hybrid laser-arc welding, such as the system known from US 2008/0011720 A1, on the other hand, requires a relatively complex mechanical design and guidance of the welding device or workpiece to be welded due to the elongated contact area of the welding device, in in particular, when welding along the curved contour of the sheet edge. With the method according to the invention it is possible to obtain a relatively small weld pool and correspondingly high quality welds. The welding method according to the invention is characterized by low error susceptibility and high process stability.

Кроме того, способ по изобретению обеспечивает высокие скорости сварки при относительно низком расходе энергии, в частности, по сравнению с гибридной лазерно-дуговой сваркой.In addition, the method according to the invention provides high welding speeds with a relatively low energy consumption, in particular in comparison with hybrid laser-arc welding.

Преимущественный вариант выполнения изобретения отличается тем, что лазерный луч во время сварки плавлением, по существу, не подвергается воздействию колебаний. По существу, выражение «не подвергается воздействию колебаний» означает, что лазерный луч специально не настроен на выполнение колебаний. В частности, в результате могут быть обеспечены относительно высокие скорости сварки. Кроме того, хранение лазерной сварочной головки или держателя оптических элементов в лазерной сварочной головке не представляет сложности.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the laser beam is substantially unaffected during fusion welding. Essentially, the phrase "not oscillating" means that the laser beam is not specifically tuned to oscillate. In particular, relatively high welding speeds can be achieved as a result. In addition, storage of the laser welding head or optical element holder in the laser welding head is not difficult.

Другой преимущественный вариант выполнения изобретения обеспечивает, что оптический элемент (элементы), с помощью которых создается лазерное фокальное пятно, имеющее различное распределение мощности, спроектирован/спроектированы таким образом, что положение малого участка лазерного фокального пятна внутри большого участка лазерного фокального пятна может регулироваться относительно последнего. Таким образом, различный подвод мощности или различное распределение мощности в лазерном фокальном пятне могут быть оптимально приспособлены к соответствующим условиям сварки. Например, положение малого участка лазерного фокального пятна внутри большого участка лазерного фокального пятна регулируется в направлении, которое продолжается параллельно и/или поперек направления сварки. Предпочтительно, положение малого участка лазерного фокального пятна внутри большого участка лазерного фокального пятна задано таким образом, что малый участок лазерного фокального пятна расположен, по существу, посередине большого участка лазерного фокального пятна, или, если смотреть в направлении сварки, перед центром большого участка лазерного фокального пятна.Another advantageous embodiment of the invention provides that the optical element(s) by which the laser focal spot having a different power distribution is created is/are designed in such a way that the position of the small laser focal spot area within the large laser focal spot area can be adjusted relative to the latter. . In this way, different power inputs or different power distributions in the laser spot can be optimally adapted to the respective welding conditions. For example, the position of the small laser focal spot portion within the large laser focal spot portion is adjusted in a direction that extends parallel and/or across the welding direction. Preferably, the position of the small laser focal spot area within the large laser focal spot area is set such that the small laser focal spot area is located substantially in the middle of the large laser focal spot area, or in front of the center of the large laser focal spot area when viewed in the welding direction. spots.

Форма большого участка лазерного фокального пятна и/или малого участка лазерного фокального пятна, к примеру, может быть круглой, эллиптической, квадратной или прямоугольной. По существу, круглая форма большого участка лазерного фокального пятна и/или малого участка лазерного фокального пятна, может быть получена в частности, если в способе по изобретению различное распределение мощности или подвод приведенной в соответствие мощности в лазерном фокальном пятне достигается с помощью одного или множества соответствующим образом расположенных оптических волокон.The shape of the large area of the laser focal spot and/or the small area of the laser focal spot, for example, may be round, elliptical, square or rectangular. A substantially round shape of the large laser focal spot region and/or the small laser focal spot region can be obtained in particular if, in the method according to the invention, a different power distribution or a matched power supply in the laser focal spot is achieved by means of one or a plurality of corresponding way of arranged optical fibers.

По преимущественному варианту выполнения изобретения большой участок лазерного фокального пятна имеет вытянутую форму в частности, овальную, эллиптическую или прямоугольную форму, причем продольная ось большого участка лазерного фокального пятна продолжается, по существу, в направлении сварки. Это ведет к получению относительно большой поверхности сварочной ванны в подогнанном соединении, так что при определенной скорости сварки имеется больше времени для удаления газов из сварочной ванны до тех пор, пока сварной шов не затвердеет.According to an advantageous embodiment of the invention, the large area of the laser focal spot has an elongated shape, in particular oval, elliptical or rectangular, with the longitudinal axis of the large area of the laser focal spot extending essentially in the welding direction. This results in a relatively large weld puddle surface in the matched joint, so that at a certain welding speed there is more time for the weld puddle to bleed until the weld solidifies.

Другой преимущественный вариант выполнения изобретения отличается тем, что большой участок лазерного фокального пятна имеет продольный размер, который, по меньшей мере, в два раза, предпочтительно, по меньшей мере, в 2,5 раза, особо предпочтительно, по меньшей мере, в 3 раза превышает средний диаметр или наибольший диаметр малого участка лазерного фокального пятна. Эксперименты, выполненные авторами изобретения, показали, что это позволяет достичь весьма однородного распределения алюминия, текущего в сварочной ванне и остающегося в сварном шве.Another advantageous embodiment of the invention is characterized in that the large area of the laser focal spot has a longitudinal dimension which is at least twice, preferably at least 2.5 times, particularly preferably at least 3 times exceeds the average diameter or the largest diameter of the small area of the laser focal spot. Experiments carried out by the inventors have shown that this achieves a very uniform distribution of aluminum flowing in the weld pool and remaining in the weld.

По изобретению сварка плавлением выполняется с помощью присадочного материала (также известного как присадочный металл) в сварочной ванне, которая образуется исключительно с помощью, по меньшей мере, одного лазерного луча. Присадочный материал служит для решения нескольких задач. С одной стороны, эффект образования феррита в результате попадания алюминия из покрытия в сварочный расплав может быть сведен к минимуму с помощью соответствующих легирующих элементов присадочного металла, в результате чего может быть улучшена способность сварного шва к закалке. С другой стороны, добавление, по существу, не содержащего алюминий присадочного материала сводит к минимуму содержание алюминия в сварном шве. Кроме того, в сварочной ванне имеет место увеличенное или более интенсивное течение из-за вводимого в нее присадочного материала и, таким образом, гомогенизация состава шва.According to the invention, fusion welding is carried out with filler material (also known as filler metal) in a weld pool that is formed solely by at least one laser beam. The filler material serves to solve several problems. On the one hand, the effect of ferrite formation as a result of ingress of aluminum from the coating into the welding melt can be minimized by appropriate filler metal alloying elements, whereby the hardenability of the weld can be improved. On the other hand, the addition of a substantially aluminum-free filler material minimizes the aluminum content in the weld. In addition, an increased or more intense flow occurs in the weld pool due to the filler material introduced into it and, thus, the homogenization of the weld composition.

Присадочный материал предпочтительно подается в сварочную ванну в виде проволоки или порошка. Присадочный материал в форме проволоки может подаваться в сварочную ванну с высокой энергетической эффективностью и в очень точном количестве. Благодаря введению порошкового присадочного металла с соответствующим размером частиц можно обеспечить очень равномерное смешивание присадочного металла в сварочной ванне. Продолжительность фазы плавления во время лазерной сварки составляет 6 – 125 мс. Поскольку время лазерной сварки относительно небольшое, порошковый присадочный металл может использоваться для обеспечения лучшего смешивания со сталью, подлежащей сварке, чем при использовании присадочной проволоки. Благодаря использованию порошкового присадочного металла, который содержит относительно небольшие частицы, предпочтительно небольшие металлические частицы, во время фазы плавления за очень короткие периоды времени также может быть получена преимущественно однородная смесь легирующих элементов. Частицы порошкового присадочного материала имеют, к примеру, размер частиц 20 – 160 мкм, предпочтительно, 20 – 160 мкм.The filler material is preferably fed into the weld pool in the form of wire or powder. The wire-shaped filler material can be fed into the weld pool with high energy efficiency and in a very precise amount. By introducing a powdered filler metal with an appropriate particle size, a very uniform mixing of the filler metal in the weld pool can be achieved. The duration of the melting phase during laser welding is 6 – 125 ms. Because laser welding time is relatively short, powdered filler metal can be used to provide better mixing with the steel to be welded than when using filler wire. Through the use of powder filler metal, which contains relatively small particles, preferably small metal particles, during the melting phase, a predominantly homogeneous mixture of alloying elements can also be obtained in very short periods of time. The particles of the powder filler material have, for example, a particle size of 20-160 µm, preferably 20-160 µm.

Предпочтительно, порошковый присадочный материал подается в форме газопорошкового потока, по меньшей мере, по одному каналу потока, причем газопорошковый поток, выходящий из канала потока, направляется к сварочной ванне и имеет скорость на выходе, по меньшей мере, 2 м/с, предпочтительно, по меньшей мере, 10 м/с, особо предпочтительно, по меньшей мере, 15 м/с, так что турбулентное смешивание присадочного металла в сварочной ванной приводит к завихрениям потока в сварочной ванне. Эти завихрения потока (вихревые движения) обусловлены, в частности, кинетикой газопорошкового потока. Верхний предел скорости на выходе газопорошкового потока, направляемого к сварочной ванне, может составлять, например, 50 м/с, в частности, 40 м/с или 30 м/с.Preferably, the powdered filler material is fed in the form of a gas-powder stream through at least one flow channel, wherein the gas-powder stream exiting the flow channel is directed towards the weld pool and has an exit velocity of at least 2 m/s, preferably at least 10 m/s, particularly preferably at least 15 m/s, so that the turbulent mixing of the filler metal in the weld pool leads to flow eddies in the weld pool. These flow turbulences (vortex movements) are due, in particular, to the kinetics of the gas-powder flow. The upper speed limit at the outlet of the gas-powder stream directed towards the weld pool can be, for example, 50 m/s, in particular 40 m/s or 30 m/s.

Присадочный материал, подаваемый в сварочную ванну при выполнении способа по изобретению, предпочтительно, по существу, не содержит алюминий. В контексте изобретения выражение «не содержит алюминий» или, по существу, «добавка, не содержащая алюминий» означает присадочный металл, который не содержит алюминий за исключением неизбежных примесей или неизбежных следовых количеств.The filler material supplied to the weld pool in the process of the invention is preferably substantially free of aluminium. In the context of the invention, the expression "does not contain aluminum" or, in fact, "additive not containing aluminum" means a filler metal that does not contain aluminum except for inevitable impurities or inevitable trace amounts.

Для улучшения способности к закалке сварного шва другой вариант выполнения изобретения рассматривает присадочный материал, содержащий, по меньшей мере, один легирующий элемент из группы, включающей в себя, никель, хром и/или углерод. Для улучшения способности сварного шва к закалке присадочный материал предпочтительно содержит 5 – 12 мас.% Ni, 5 – 25 мас.% Cr и 0,05 – 0,4 мас.% C, по усмотрению, по меньшей мере, один другой легирующий элемент, остальное железо и неизбежные примеси. Содержание хрома в присадочном материале 5 – 25 мас.% позволяет снизить критическую скорость охлаждения сварного шва и, таким образом, повысить способность сварного шва к закалке.To improve the hardenability of a weld, another embodiment of the invention contemplates a filler material containing at least one alloying element from the group consisting of nickel, chromium and/or carbon. To improve the hardenability of the weld, the filler material preferably contains 5 - 12 wt.% Ni, 5 - 25 wt.% Cr and 0.05 - 0.4 wt.% C, optionally at least one other alloying element , the rest is iron and inevitable impurities. The content of chromium in the filler material 5 - 25 wt.% allows you to reduce the critical cooling rate of the weld and, thus, increase the ability of the weld to harden.

Предпочтительный вариант выполнения способа по изобретению отличается тем, что используемый здесь присадочный материал имеет следующий состав: 0,05 – 0,4 мас.% C, 0 – 2,0 мас.% Si, 0 – 3,0 мас.% Mn, 4 – 25% Cr, 0 – 0,5 мас.% Mo и 5 – 12% Ni, остальное железо и неизбежные примеси. Внутренние испытания показали, что присадочный материал этого типа может весьма надежно обеспечить полное превращение сварного шва в мартенситную структуру во время последующей горячей формовки (закалки под прессом) заготовки с заданными характеристиками, используя способ по изобретению.The preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that the filler material used here has the following composition: 0.05 - 0.4 wt.% C, 0 - 2.0 wt.% Si, 0 - 3.0 wt.% Mn, 4 - 25% Cr, 0 - 0.5 wt.% Mo and 5 - 12% Ni, the rest is iron and inevitable impurities. Internal tests have shown that this type of filler material can very reliably achieve the complete transformation of the weld into a martensitic structure during the subsequent hot forming (hardening under pressure) of the workpiece with the desired characteristics using the method according to the invention.

Другой преимущественный вариант способа по изобретению отличается тем, что присадочный материал, предпочтительно в форме проволоки, подается а сварочную ванну таким образом, что присадочный материал подается непосредственно в малый участок лазерного фокального пятна. Присадочный материал, предпочтительно в форме проволоки, таким образом, касается малого участка лазерного фокального пятна или, по существу, направляется на малый участок лазерного фокального пятна. Это обеспечивает, что во время сварки с глубоким проплавлением расплавленный присадочный материал течет вокруг парового капилляра в сварочной ванне. В результате обеспечивается лучшее смешивание присадочного материала с материалом стального листа, расплавленным в подогнанном соединении, т.е. стыковом соединении или нахлесточном соединении, и, таким образом, можно получить более однородный сварной шов.Another advantageous variant of the method according to the invention is characterized in that the filler material, preferably in the form of a wire, is fed into the weld pool in such a way that the filler material is fed directly into a small area of the laser focal spot. The filler material, preferably in the form of a wire, thus touches the small area of the laser focal spot, or is essentially directed to the small area of the laser focal spot. This ensures that during deep penetration welding, the molten filler material flows around the steam capillary in the weld pool. The result is better mixing of the filler material with the steel sheet material melted in the matched joint, i.e. butt joint or lap joint, and thus a more uniform weld can be obtained.

Другой преимущественный вариант способа по изобретению отличается тем, что присадочный материал, предпочтительно, в форме проволоки, подается посредством подтягивания. Подача присадочного материала посредством подтягивания, в частности, подача проволоки, означает, что присадочный материал, если рассматривать в направлении сварки, подается перед сварочной ванной или на малый участок лазерного фокального пятна с передней стороны. Эта схема также обеспечивает лучшее смешивание присадочного материала с материалом стального листа, расплавленным в подогнанном соединении, т.е. стыковом соединении или нахлесточном соединении, и, таким образом, более однородный сварной шов.Another advantageous variant of the method according to the invention is characterized in that the filler material, preferably in the form of a wire, is fed by pulling. Feeding filler material by pull-up, in particular wire feed, means that the filler material, as viewed in the direction of welding, is fed in front of the weld pool or on a small area of the laser focal spot from the front. This scheme also provides better mixing of the filler material with the steel sheet material melted in the fitted joint, i.e. butt joint or lap joint, and thus a more uniform weld.

Другой преимущественный вариант способа по изобретению отличается тем, что присадочный материал, подаваемый в форме проволоки, подается в сварочную ванну таким образом, что центральная ось проволоки и поверхность, по меньшей мере, одного стального листа, подлежащего сварке, или стальных листов, подлежащих сварке друг с другом, образуют острый угол меньше 50°, предпочтительно, меньше 45°, особо предпочтительно меньше 30°, в частности, 10-30°. В результате может быть обеспечена оптимальная подача присадочного материала в зону сварки с глубоким проплавлением, в частности, в направлении парового капилляра.Another advantageous variant of the method according to the invention is characterized in that the filler material supplied in the form of a wire is fed into the weld pool in such a way that the central axis of the wire and the surface of at least one steel sheet to be welded or steel sheets to be welded are each other. with the other, form an acute angle of less than 50°, preferably less than 45°, particularly preferably less than 30°, in particular 10-30°. As a result, an optimal supply of filler material can be ensured in the deep penetration welding zone, in particular in the direction of the steam capillary.

По другому преимущественному варианту выполнения присадочный материал, предпочтительно, в форме проволоки, нагревается до температуры, по меньшей мере, 60°C, предпочтительно, по меньшей мере, 100°C, предпочтительно, по меньшей мере, 150°C, в частности, по меньшей мере, 180°C с помощью нагревательного устройства перед подачей в сварочную ванну. Это обеспечивает значительно более высокую скорость сварки по сравнению с использованием ненагретой присадочной проволоки. Конец нагретой присадочной проволоки может расплавляться более быстро лазерным лучом. Кроме того, процесс сварки становится более стабильным благодаря нагреву присадочной проволоки перед ее подачей в сварочный расплав. Верхний предел температуры предварительно нагреваемой проволоки ниже температуры, при которой проволока теряет стабильность размеров или становится слишком слабой для надежной подачи проволоки. Верхний предел предварительного нагрева проволоки, например, составляет приблизительно 250 – 300°C.According to another advantageous embodiment, the filler material, preferably in the form of a wire, is heated to a temperature of at least 60°C, preferably at least 100°C, preferably at least 150°C, in particular at least 180°C with a heating device before feeding into the weld pool. This results in a significantly faster welding speed compared to using an unheated filler wire. The end of the heated filler wire can be melted more quickly by the laser beam. In addition, the welding process becomes more stable due to the heating of the filler wire before it is fed into the welding melt. The upper temperature limit of the preheated wire is below the temperature at which the wire loses dimensional stability or becomes too weak for reliable wire feeding. The upper limit of wire preheating, for example, is approximately 250 - 300°C.

Борсодержащая марганцовистая сталь предпочтительно используется в качестве закаливаемой под прессом стали. В предпочтительном варианте выполнения способа по изобретению стальной лист, подлежащий сварке или, по меньшей мере, один из стальных листов, подлежащих сварке друг с другом, выбирают таким образом, что он был изготовлен из закаливаемой под прессом стали, имеющей следующий состав: 0,10 – 0,50 мас.% C, максимум 0,40 мас.% Si, 0,50 – 2,0 мас.% Mn, максимум 0,025 мас.% P, максимум 0,010 мас.% S, максимум 0,60 мас.% Cr, максимум 0,50 мас.% Mo, максимум 0,050 мас.% Ti, 0,0008 – 0,0070 мас.% B и, по меньшей мере, 0,010 мас.% Al, остальное железо и неизбежные примеси. Компоненты, изготавливаемые из стального листа этого типа, имеют высокий уровень прочности после закалки под прессом. Листы, изготовленные из разных или идентичных борсодержащих марганцовистых сталей, могут свариваться друг с другом с помощью способа по изобретению для получения полуфабрикатов из металлических листов, изготавливаемых по специальным требованиям и имеющих максимальную прочность в результате закалки под прессом.A boron-manganese steel is preferably used as the press-hardenable steel. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the steel sheet to be welded, or at least one of the steel sheets to be welded to each other, is selected such that it is made from a press-hardenable steel having the following composition: 0.10 - 0.50 wt.% C, maximum 0.40 wt.% Si, 0.50 - 2.0 wt.% Mn, maximum 0.025 wt.% P, maximum 0.010 wt.% S, maximum 0.60 wt. % Cr, max. 0.50 wt.% Mo, max. Components made from this type of steel sheet have a high level of strength after hardening under pressure. Sheets made from different or identical boron-manganese steels can be welded to each other using the method of the invention to produce semi-finished metal sheets made to special requirements and having maximum strength through hardening under pressure.

Способ по изобретению можно использовать не только для соединения нескольких стальных листов одинаковой или разной толщины в стыковом соединении, из которых по меньшей мере один лист получен из закаливаемой под прессом стали и имеет содержащее алюминий покрытие, но также можно использовать для лазерной сварки одиночный стальной лист или стальную полосу, выполненные из закаливаемой под прессом стали, предпочтительно борсодержащей марганцовистой стали, которые имеют содержащее алюминий покрытие, причем в последнем случае кромки стального листа, подлежащие сварки друг с другом, перемещаются друг к другу посредством формовки, например, посредством гибки или роликового профилирования, так чтобы они, в конечном счете, были расположены напротив друг друга в стыковом соединении.The method according to the invention can not only be used for joining several steel sheets of the same or different thicknesses in a butt joint, of which at least one sheet is obtained from press-hardened steel and has an aluminum-containing coating, but a single steel sheet can also be used for laser welding or a steel strip made of press-hardenable steel, preferably boron-manganese steel, which has an aluminum-containing coating, in the latter case the edges of the steel sheet to be welded to each other are moved towards each other by forming, for example, by bending or roll forming, so that they end up facing each other in a butt joint.

Кроме того, способ по изобретению также можно использовать в лазерной сварке одного или множества стальных листов, изготовленных из закаливаемой под прессом стали, предпочтительно, борсодержащей марганцовистой стали, в нахлесточном соединении.In addition, the method of the invention can also be used in laser welding of one or a plurality of steel sheets made from press hardened steel, preferably boron manganese steel, in a lap joint.

Другой преимущественный вариант способа по изобретению отличается тем, что стальной лист (листы) соединяется/соединяются в стыковом соединении, причем зазор в соединении задается как минимально возможный, предпочтительно подобно «техническому нулевому зазору», со средней шириной зазора 0,01 – 0,15 мм, предпочтительно 0,06 – 0,15 мм.Another advantageous variant of the method according to the invention is characterized in that the steel sheet(s) are/are joined in a butt joint, the gap in the joint being set as the smallest possible, preferably similar to "technical zero gap", with an average gap width of 0.01 - 0.15 mm, preferably 0.06 - 0.15 mm.

Другой предпочтительный вариант выполнения способа по изобретению обеспечивает соединение стального листа (листов) со скоростью сварки, по меньшей мере, 4 м/мин предпочтительно, по меньшей мере, 5 м/мин, особо предпочтительно со скоростью сварки 6 – 12 м/мин.Another preferred embodiment of the process according to the invention provides for the joining of steel sheet(s) at a welding speed of at least 4 m/min, preferably at least 5 m/min, particularly preferably at a welding speed of 6-12 m/min.

Для получения сварного шва, который является максимально однородным и подвергается закалке без возникновения проблем, а также надлежащей геометрии сварного шва, как преимущество, по другому предпочтительному варианту выполнения способа по изобретению присадочный материал подается в форме проволоки, причем проволока подается со скоростью подачи 40 – 90% от скорости сварки.In order to obtain a weld that is as uniform as possible and can be hardened without problems, as well as a proper weld geometry, as an advantage, according to another preferred embodiment of the method according to the invention, the filler material is fed in the form of a wire, the wire being fed at a feed rate of 40 - 90 % of welding speed.

Другой вариант выполнения изобретения предусматривает сварочную ванну, подвергаемую воздействию защитного газа во время лазерной сварки, по меньшей мере, на стороне, обращенной в сторону от лазерного луча. Защитный газ защищает сварочный расплав от окисления, которое ослабляет сварной шов. Защитный газ может быть, например, чистым аргоном, CO₂, гелием, азотом или газовой смесью аргона, гелия, азота и/или CO₂.Another embodiment of the invention provides for a weld pool exposed to shielding gas during laser welding at least on the side facing away from the laser beam. The shielding gas protects the welding melt from oxidation, which weakens the weld. The protective gas can be, for example, pure argon, CO ₂ , helium, nitrogen or a gas mixture of argon, helium, nitrogen and/or CO ₂ .

Другой вариант выполнения изобретения предусматривает сварочную ванну, которая не подвергается воздействию защитного газа во время лазерной сварки, по меньшей мере, на стороне, обращенной к лазерному лучу. Эксперименты, выполненные авторами изобретения, показали, что это может значительно уменьшить брызги металла во время сварки.Another embodiment of the invention provides for a weld pool that is not exposed to shielding gas during laser welding, at least on the side facing the laser beam. Experiments carried out by the inventors have shown that this can significantly reduce metal spatter during welding.

Ниже приведено подробное описание изобретения со ссылкой на чертежи, поясняющие примеры вариантов выполнения. На схематических чертежах:Below is a detailed description of the invention with reference to the drawings, explaining examples of embodiments. On the schematic drawings:

фиг. 1 – перспективный вид компонентов устройства для выполнения способа сварки плавлением по изобретению, причем два закаливаемых под прессом стальных листа, по существу, одинаковой толщины, свариваются друг с другом в стыковом соединении с помощью присадочной проволоки лазерным лучом;fig. 1 is a perspective view of the components of an apparatus for carrying out the fusion welding process according to the invention, wherein two press hardened steel sheets of substantially the same thickness are welded to each other in a butt joint using a filler wire with a laser beam;

фиг. 2 – перспективный вид компонентов устройства для выполнения способа сварки плавлением по изобретению, причем два закаливаемых под прессом стальных листа, по существу, разной толщины, свариваются друг с другом в стыковом соединении с помощью присадочной проволоки лазерным лучом;fig. 2 is a perspective view of the components of an apparatus for carrying out the fusion welding process according to the invention, wherein two press hardened steel sheets of essentially different thicknesses are welded to each other in a butt joint using a filler wire with a laser beam;

фиг. 3 – перспективный вид компонентов другого устройства для выполнения способа сварки плавлением по изобретению, причем два закаливаемых под прессом стальных листа, по существу, одинаковой толщины, свариваются друг с другом в стыковом соединении с помощью присадочной проволоки лазерным лучом;fig. 3 is a perspective view of the components of another apparatus for carrying out the fusion welding process of the invention, wherein two press-hardened steel sheets of substantially the same thickness are butt-welded to each other using a filler wire with a laser beam;

фиг. 4a – плоскостной вид лазерного фокального пятна, генерируемого при выполнении способа по изобретению; иfig. 4a is a planar view of the laser focal spot generated by the method of the invention; and

фиг. 4b – плоскостной вид другого лазерного фокального пятна, генерируемого при выполнении способа по изобретению.fig. 4b is a planar view of another laser focal spot generated by the method of the invention.

На фиг. 1 – 3 схематически показаны устройства для лазерной сварки для выполнения способа по изобретению. Соответствующее устройство имеет основание (не показано), на котором две полосы или два листа, выполненные из стали одного или разных сортов, расположены таким образом, что их кромки подлежащие сварке друг с другом, образуют стыковое соединение. По меньшей мере, один из стальных листов 1, 2 изготовлен из закаливаемой под прессом стали, предпочтительно, из борсодержащей марганцовистой стали. Стальные листы 1, 2 соединяются в стыковом соединении с наименьшим возможным зазором 3 несколько десятых миллиметра. Например, ширина зазора 3 составляет меньше 0,2 мм, предпочтительно меньше 0,15 мм. Если стальные листы 1, 2 изготовлены из стали разных сортов, один стальной лист 1 или 2 изготовлен, например, из относительно мягкой сорта стали для глубокой вытяжки, в то время как другой стальной лист 2 или 1 изготовлен из высокопрочной стали.In FIG. 1 to 3 schematically show laser welding devices for carrying out the method according to the invention. The corresponding device has a base (not shown) on which two strips or two sheets, made of steel of the same or different grades, are located in such a way that their edges to be welded to each other form a butt joint. At least one of the steel sheets 1, 2 is made of press hardened steel, preferably boron manganese steel. Steel sheets 1, 2 are connected in a butt joint with the smallest possible gap 3 of a few tenths of a millimeter. For example, the width of the gap 3 is less than 0.2 mm, preferably less than 0.15 mm. If the steel sheets 1, 2 are made of different steel grades, one steel sheet 1 or 2 is made of, for example, a relatively soft deep-drawing grade of steel, while the other steel sheet 2 or 1 is made of high strength steel.

Закаливаемая под прессом сталь, из которой состоит, по меньшей мере, один из стальных листов 1, 2, подлежащих соединению друг с другом, может иметь, например, следующий химический состав:The press-hardened steel, which comprises at least one of the steel sheets 1, 2 to be joined together, may, for example, have the following chemical composition:

0,10 – 0,50 мас.% C,0.10 - 0.50 wt.% C,

максимум 0,40 мас.% Si,maximum 0.40 wt.% Si,

0,50 – 2,0 мас.% Mn,0.50 - 2.0 wt.% Mn,

максимум 0,025 мас.% P,maximum 0.025 wt.% P,

максимум 0,010 мас.% S,maximum 0.010 wt% S,

максимум 0,60 мас.% Cr,maximum 0.60 wt.% Cr,

максимум 0,50 мас.% Mo,maximum 0.50 wt.% Mo,

максимум 0,50 мас.% Ti,maximum 0.50 wt% Ti,

0,0008 – 0.0070 мас.% B, и0.0008 – 0.0070 wt% B, and

минимум 0,010 мас.% Al,minimum 0.010 wt% Al,

остальное железо и неизбежные примеси.the rest is iron and inevitable impurities.

В состоянии поставки, т.е. перед термообработкой и быстрым охлаждением, закаливаемый под прессом стальной лист 1 или 2 имеет предел текучести Re предпочтительно, по меньшей мере, 300 МПа; его предел прочности при растяжении Rm составляет, например, по меньшей мере, 480 МПа, и его удлинение при разрушении A₈₀ предпочтительно составляет, по меньшей мере, 10%. После горячей формовки (закалки под прессом), т.е. нагрева до температуры аустенизации приблизительно 900 – 950°C, формовки при этой температуре и последующего быстрого охлаждения закаливаемый под прессом стальной лист имеет предел текучести Re приблизительно 1100 МПа, предел прочности при растяжении Rm приблизительно 1500 – 2000 МПа и удлинение при разрушении A₈₀ приблизительно 5%.As delivered, i.e. before heat treatment and rapid cooling, the press-hardening steel sheet 1 or 2 has a yield strength Re preferably of at least 300 MPa; its tensile strength Rm is, for example, at least 480 MPa, and its elongation at break A ₈₀ is preferably at least 10%. After hot forming (hardening under pressure), i.e. heating to an austenitizing temperature of approximately 900 - 950°C, forming at this temperature and then rapidly cooling the press-hardened steel sheet has a yield strength Re of approximately 1100 MPa, a tensile strength Rm of approximately 1500 - 2000 MPa and an elongation at break A ₈₀ of approximately 5 %.

Стальные листы 1, 2 имеют металлическое покрытие 4, выполненное из алюминия. Другими словами, покрытие Al-Si. Покрытие 4 предпочтительно наносится на материал основания с обеих сторон, например, с помощью горячего покрытия, наносимого погружением в расплав, во время которого полоса из закаливаемой под прессом стали, предпочтительно, борсодержащей марганцовистой стали, направляется через ванну с расплавом Al-Si, излишний материал покрытия удаляется с полосы, и полоса с нанесенным покрытием подвергается обработке, в частности, нагреву. Содержание алюминия в покрытии 4 может составлять 70 – 90 мас.%. Steel sheets 1, 2 have a metal coating 4 made of aluminum. In other words, Al-Si coating. Coating 4 is preferably applied to the base material on both sides, for example by hot dip coating, during which a strip of press hardened steel, preferably boron manganese steel, is guided through an Al-Si molten bath, excess material the coating is removed from the strip and the coated strip is subjected to a treatment, in particular to heat. The aluminum content in coating 4 can be 70 - 90 wt.%.

Как вариант, только один из стальных листов 1, 2, подлежащих сварке, может иметь содержащее алюминий покрытие 4. Кроме того, при необходимости покрытие 4 может быть нанесено только на одну сторону листа (листов) 1, 2, например, с помощью физического осаждения из паровой фазы (PVD) или с помощью процесса нанесения электролитического покрытия.Alternatively, only one of the steel sheets 1, 2 to be welded may have an aluminum-containing coating 4. In addition, if necessary, the coating 4 can be applied to only one side of the sheet(s) 1, 2, for example, by physical deposition vapor phase (PVD) or electroplating process.

Стальные листы 1, 2, как показано на фиг. 1 и 3, могут иметь, по существу, одинаковую толщину листа, например, составляющую 0,8 – 3,0 мм, предпочтительно 1,8 – 3,0 мм, в то время как толщина металлического поверхностного покрытия 4 на соответствующей стороне листа может быть меньше 100 мкм, в частности, меньше 50 мкм.The steel sheets 1, 2, as shown in FIG. 1 and 3 may have substantially the same sheet thickness, for example 0.8-3.0 mm, preferably 1.8-3.0 mm, while the thickness of the metal surface coating 4 on the respective side of the sheet may be less than 100 μm, in particular less than 50 μm.

Над стальными листами 1, 2 показан участок лазерной сварочной головки 5, которая оснащена оптическими средствами для придания формы лазерному лучу 6 и его выравнивания, в частности, фокусирующей линзой 7. Лазерный луч 6 генерируется, например, с помощью лазерной системы Nd:YAG, которая обеспечивает мощность 5 – 10 кВт.Above the steel sheets 1, 2, a section of a laser welding head 5 is shown, which is equipped with optical means for shaping and aligning the laser beam 6, in particular with a focusing lens 7. The laser beam 6 is generated, for example, by means of an Nd:YAG laser system which provides power of 5 - 10 kW.

К лазерной сварочной головке 5 по усмотрению может быть прикреплен трубопровод 8 для подачи защитного газа. Конец трубопровода 8 для подачи защитного газа направлен или, например, по существу направлен на вновь образующийся участок сварного шва 14 таким образом, что сама сварочная ванна не подвергается или, по меньшей мере, напрямую не подвергается воздействию потока защитного газа. Номер позиции 8.1 обозначает баллон со сжатым газом, служащий источником защитного газа. В качестве защитного газа предпочтительно используется чистый аргон или, например, смесь аргона, гелия и/или двуокиси углерода. Другая или дополнительная форма способа (не показано) сварки плавлением предусматривает подачу защитного газа на нижнюю сторону или сторону сварочной ванны 9, обращенную в сторону от лазерного луча 6, и нижнюю сторону сварного шва 14.A conduit 8 for supplying shielding gas can optionally be attached to the laser welding head 5. The end of the shielding gas supply line 8 is directed or, for example, substantially directed towards the newly formed weld area 14 in such a way that the weld pool itself is not, or at least not directly, affected by the shielding gas flow. Item number 8.1 designates a compressed gas cylinder serving as a source of shielding gas. The shielding gas is preferably pure argon or, for example, a mixture of argon, helium and/or carbon dioxide. Another or additional form of the fusion welding process (not shown) involves the supply of shielding gas to the underside or side of the weld pool 9 facing away from the laser beam 6 and the underside of the weld 14.

Кроме того, к лазерной сварочной головке 5 прикреплено направляющее устройство 10, с помощью которого присадочный материал (присадочный металл) подается в сварочную ванну 9, например, в форме проволоки, причем конец проволоки 11 расплавляется в сварочной ванне 9. Присадочный металл 11, по существу, не содержит алюминий. Он имеет, например, следующий химический состав:In addition, a guide 10 is attached to the laser welding head 5, by means of which the filler material (filler metal) is fed into the weld pool 9, for example in the form of a wire, the end of the wire 11 being melted in the weld pool 9. The filler metal 11 is essentially , does not contain aluminum. It has, for example, the following chemical composition:

0,05 – 0,4 мас.% C,0.05 - 0.4 wt.% C,

0 – 2,0 мас.% Si,0 - 2.0 wt.% Si,

0 – 3,0 мас.% Mn,0 - 3.0 wt.% Mn,

4 – 25 мас.% Cr,4 - 25 wt.% Cr,

0 – 0,5 мас.% Mo, и0 - 0.5 wt.% Mo, and

5 – 12 мас.% Ni,5 – 12 wt.% Ni,

Вместо присадочного металла в форме проволоки (присадочной проволоки) 11 в сварочную ванну 9 также может подаваться порошковый присадочный металл в форме газопорошкового потока. Порошковый присадочный металл может иметь такой же химический состав, как и вышеописанная присадочная проволока 11. В качестве транспортирующего газа для подачи порошкового присадочного материала в сварочную ванну 9 предпочтительно используется один из вышеупомянутых защитных газов.Instead of the filler metal in the form of a wire (filler wire) 11, powdered filler metal in the form of a gas-powder stream can also be fed into the weld pool 9. The powdered filler metal may have the same chemical composition as the filler wire 11 described above. One of the above-mentioned shielding gases is preferably used as a carrier gas for supplying the powdered filler material to the weld pool 9.

По изобретению лазерная сварочная головка 5 содержит один или множество оптических элементов, с помощью которых генерируется одиночное лазерное фокальное пятно 16 с различным распределением энергии по сварочной ванне 9, так что лазерное фокальное пятно 16 имеет малый участок 16.1 лазерного фокального пятна и большой участок 16.2 лазерного фокального пятна (см. также фиг. 4a и 4b). Большой участок 16.2 лазерного фокального пятна подвергает действию излучения поверхность, которая, по меньшей мере, равна двукратной поверхности, предпочтительно, по меньшей мере, трехкратной поверхности, которая подвергается действию излучения малого участка 16.1 лазерного фокального пятна, причем на единицу поверхности на малом участке 16.1 лазерного фокального пятна подается большая выходная мощность лазера, чем на большом участке 16.2 лазерного фокального пятна. Малый участок 16.1 лазерного фокального пятна и большой участок 16.2 лазерного фокального пятна могут иметь разные уровни мощности, которые не зависят друг от друга. Например, малый участок 16.1 лазерного фокального пятна и большой участок 16.2 лазерного фокального пятна могут иметь выходную мощность лазера в диапазоне 4 – 5 кВт, причем эта мощность распределяется на значительно большей площади на большом участке 16.2 лазерного фокального пятна. Малый участок 16.1 лазерного фокального пятна, по существу, используется для сварки с глубоким проплавлением, в то время как большой участок 16.2 лазерного фокального пятна поддерживает процесс сварки.According to the invention, the laser welding head 5 comprises one or a plurality of optical elements with which a single laser focal spot 16 is generated with different energy distribution over the weld pool 9, so that the laser focal spot 16 has a small laser focal spot portion 16.1 and a large laser focal spot portion 16.2 spots (see also Figs. 4a and 4b). The large laser focal spot portion 16.2 exposes to radiation a surface that is at least twice the surface, preferably at least three times the surface, which is exposed to radiation from the small laser focal spot portion 16.1, and per unit area in the small laser focal spot portion 16.1 a larger laser output power is supplied to the focal spot than in the large laser focal spot portion 16.2. The small laser spot portion 16.1 and the large laser focal spot portion 16.2 may have different power levels that are independent of each other. For example, the small laser focal spot portion 16.1 and the large laser focal spot portion 16.2 can have a laser output in the range of 4 to 5 kW, this power being distributed over a much larger area in the large laser focal spot portion 16.2. The small laser spot portion 16.1 is essentially used for deep penetration welding, while the large laser spot portion 16.2 supports the welding process.

Большой участок 16.2 лазерного фокального пятна имеет вытянутую форму, например, овальную, эллиптическую или прямоугольную форму. Его продольная ось продолжается, по существу, в соответствующем направлении сварки WD. т.е., по существу, параллельно этому направлению. Малый участок 16.1 лазерного фокального пятна может иметь, по существу, круглую форму или также вытянутую форму (см. фиг. 4a и 4b).The large laser focal spot portion 16.2 has an elongated shape, such as an oval, elliptical or rectangular shape. Its longitudinal axis extends substantially in the corresponding welding direction WD. i.e. essentially parallel to this direction. The small area 16.1 of the laser focal spot may have a substantially circular shape or also an elongated shape (see FIGS. 4a and 4b).

Оптический элемент (элементы) лазерной сварочной головки 5, с помощью которого генерируется лазерное фокальное пятно, обеспечивающее различное распределение мощности, может быть, например, дифракционным или рефракционным оптическим элементом, соединенным с фокусирующей линзой 7, и/или небольшой дополнительной фокусирующей линзой 7.1 (см. фиг. 1 и 2).The optical element(s) of the laser welding head 5, with which the laser focal spot is generated, providing different power distributions, can be, for example, a diffractive or refractive optical element connected to a focusing lens 7 and/or a small additional focusing lens 7.1 (see Fig. 1 and 2).

Другая возможность для генерирования одиночного лазерного фокального пятна 16 с различным распределением энергии показана на фиг. 3. Схематически показанная лазерная сварочная головка 5 содержит фокусирующую линзу 7 со связанным с ней световым волноводом или пучком световых волокон 7.2.Another possibility for generating a single laser focal spot 16 with different energy distribution is shown in FIG. 3. The schematically shown laser welding head 5 comprises a focusing lens 7 with an associated light waveguide or bundle of light fibers 7.2.

Предпочтительно, оптические элементы 7, 7.1 или 7.2 лазерной сварочной головки 5 спроектированы таким образом, что положение малого участка 16.1 лазерного фокального пятна можно регулировать внутри большого участка 16.2 лазерного фокального пятна в направлении, которое продолжается параллельно и/или поперек направления сварки WD (направление X и/или направление Y). Эта дополнительная возможность регулирования схематически показана на фиг. 4a и 4b двойными пунктирными стрелками 18, 19. Например, малая фокусирующая линза 7.1, по меньшей мере, один дифракционный или рефракционный оптический элемент или световой волновод 7.2 установлены в лазерной сварочной головке 5 с возможностью регулирования в радиальном направлении по фокусирующей линзе 7.Preferably, the optical elements 7, 7.1 or 7.2 of the laser welding head 5 are designed such that the position of the small laser spot portion 16.1 can be adjusted within the large laser spot portion 16.2 in a direction that extends parallel and/or across the welding direction WD (direction X and/or Y direction). This additional control option is shown schematically in FIG. 4a and 4b with double dotted arrows 18, 19. For example, a small focusing lens 7.1, at least one diffractive or refractive optical element or a light waveguide 7.2 is installed in the laser welding head 5 with the possibility of adjusting in the radial direction along the focusing lens 7.

Если различное распределение мощности в лазерном фокальном пятне достигается с помощью фокусирующей линзы 7 и светового волновода или пучка световых волокон 7.2, прикрепленного к фокусирующей линзе 7, положение участков 16.1 и 16.2 лазерного фокального пятна относительно друг друга может, например, варьироваться посредством дефокусировки лазерного луча 6.If a different power distribution in the laser focal spot is achieved with a focusing lens 7 and a light waveguide or light fiber bundle 7.2 attached to the focusing lens 7, the position of the laser focal spot sections 16.1 and 16.2 relative to each other can, for example, be varied by defocusing the laser beam 6 .

Кроме того, на фиг. 4a, как и на фиг. 4b, можно видеть, что большой участок 16.2 лазерного фокального пятна имеет продольный размер, который, по меньшей мере, в 2 раза, предпочтительно, по меньшей мере, в 2,5 раза, особо предпочтительно, по меньшей мере, в 3 раза превышает средний диаметр или наибольший диаметр малого участка 16.1 лазерного фокального пятна.In addition, in FIG. 4a, as in FIG. 4b, it can be seen that the large laser focal spot portion 16.2 has a longitudinal dimension that is at least 2 times, preferably at least 2.5 times, particularly preferably at least 3 times the average the diameter or largest diameter of the small area 16.1 of the laser focal spot.

Пример варианта выполнения, показанный на фиг. 2, отличается от примеров, показанных на фиг. 1 и 3, тем, что стальные листы 1, 2' имеют разные толщины, так что стыковое соединение имеет ступень d по толщине. Например, один лист 2' имеет толщину 0,8 – 1,2 мм, в то время как другой лист 1 имеет толщину 1,6 – 3,0 мм. Кроме того, стальные листы 1, 2', подлежащие соединению друг с другом в стыковом соединении, так же могут отличаться по качеству материала. Например, более толстый лист 1 изготовлен из высокопрочной стали, в то время как более тонкий лист 2' изготовлен из относительно мягкого материала для глубокой вытяжки. Стальные листы 1, 2' также соединяются друг с другом с наименьшим возможным зазором 3 несколько десятых миллиметра.An exemplary embodiment shown in FIG. 2 is different from the examples shown in FIG. 1 and 3 in that the steel sheets 1, 2' have different thicknesses, so that the butt joint has a thickness step d. For example, one sheet 2' has a thickness of 0.8 - 1.2 mm, while the other sheet 1 has a thickness of 1.6 - 3.0 mm. In addition, the steel sheets 1, 2' to be joined to each other in a butt joint may also differ in material quality. For example, the thicker sheet 1 is made from high strength steel, while the thinner sheet 2' is made from a relatively soft deep drawing material. The steel sheets 1, 2' are also connected to each other with the smallest possible gap 3 of a few tenths of a millimeter.

На фиг. 2, показанной в варианте выполнения, во время лазерной сварки сварочная ванна 9 не подвергается воздействию потока защитного газа на стороне, обращенной к лазерному лучу 6. Однако сторона сварочной ванны 9, обращенная в сторону от лазерного луча 6, и сторона сварного шва 14, обращенная в сторону от лазерного луча 6, предпочтительно подвергается воздействию защитного газа.In FIG. 2 shown in the embodiment, during laser welding, the weld pool 9 is not exposed to the shielding gas flow on the side facing the laser beam 6. However, the side of the weld pool 9 facing away from the laser beam 6 and the side of the weld 14 facing away from the laser beam 6 is preferably exposed to the shielding gas.

Описанное специальное или приведенное в соответствие распределение мощности в отдельном лазерном фокальном пятне 16 имеет эффект, состоящий в том, что изменяются распределение температуры и, таким образом, потоков в сварочной ванне 9. Это обусловливает улучшение гомогенизации сварного шва 14. Для обеспечения однородности сварного шва 14, как преимущество, скорость сварки должна составлять 5 м/мин. Присадочная проволока 11 предпочтительно подается со скоростью 40 – 90% от скорости сварки.The described special or adapted power distribution in the individual laser focal spot 16 has the effect that the temperature distribution and thus the fluxes in the weld pool 9 are changed. This leads to an improvement in the homogenization of the weld 14. as an advantage, the welding speed should be 5 m/min. The filler wire 11 is preferably fed at a rate of 40 to 90% of the welding speed.

Присадочная проволока 11 подается в сварочную ванну предпочтительно таким образом, что проволока 11 касается малого участка 16.1 лазерного фокального пятна или направляется, по существу, на малый участок 16.1 лазерного фокального пятна. Кроме того, подача проволоки предпочтительно выполняется посредством подтягивания (см. фиг. 1 и фиг. 3).The filler wire 11 is fed into the weld pool preferably in such a way that the wire 11 touches the laser focal spot small area 16.1 or is guided substantially into the laser focal spot small area 16.1. In addition, the wire feeding is preferably performed by pulling (see Fig. 1 and Fig. 3).

Кроме того, на фиг. 1 – 3 можно видеть, что присадочная проволока 11 подается в сварочную ванну 9 таким образом, что центральная ось проволоки 11 и поверхность, по меньшей мере, одного стального листа 1, 2, подлежащего сварке, или стальных листов 1, 2, подлежащих сварке друг с другом, образуют острый угол, который, например, составляет 10 - 45°, предпочтительно, 10 - 30°.In addition, in FIG. 1 to 3, it can be seen that the filler wire 11 is fed into the weld pool 9 in such a way that the central axis of the wire 11 and the surface of at least one steel sheet 1, 2 to be welded or steel sheets 1, 2 to be welded are different. with the other, form an acute angle, which, for example, is 10 - 45°, preferably 10 - 30°.

Внедрение настоящего изобретения не ограничивается до примеров вариантов выполнения, схематически показанных на чертежах. Вместо этого возможны многочисленные варианты, в которых используется настоящее изобретение, определенное в приложенной формуле изобретения, в случае, если конструкция отклоняется от показанных примеров. Например, в контексте настоящего изобретения перед подачей в сварочную ванну 9 присадочный материал 11, в частности, в форме проволоки, может нагреваться до температуры, по меньшей мере, 60°C с помощью нагревательного устройства. Например, перед подачей в сварочную ванну 9 присадочная проволока 11 нагревается до температуры 100 – 300°C, предпочтительно, 150 – 250°C.The implementation of the present invention is not limited to the exemplary embodiments shown schematically in the drawings. Instead, numerous variations are possible in which the present invention as defined in the appended claims is used in case the design deviates from the examples shown. For example, in the context of the present invention, before being fed into the weld pool 9, the filler material 11, in particular in the form of a wire, can be heated to a temperature of at least 60° C. by means of a heating device. For example, before feeding into the weld pool 9, the filler wire 11 is heated to a temperature of 100 - 300°C, preferably 150 - 250°C.

Claims

1. A method for fusion welding of one or more steel sheets made of press-hardened steel, wherein at least one of the steel sheets (1, 2) has a metal coating (4) that contains aluminum, and the fusion welding is performed during the supply of filler material into the weld pool (9), which is formed exclusively by at least one laser beam (6); characterized in that a single laser focal spot (16) is generated with different energy distribution over the weld pool (9) by means of one or a plurality of optical elements, so that the laser focal spot (16) has laser focal spot sections of different sizes, which are determined relative to each other a smaller area (16.1) of the laser focal spot and a larger area (16.2) of the laser focal spot, wherein the larger area (16.2) of the laser focal spot exposes to radiation a surface that is at least twice the surface that is exposed to radiation of the smaller area (16.1) of the laser focal spot, and per unit area on a smaller area (16.1) of the laser focal spot, a greater laser output energy is supplied than on a larger (16.2) area of the laser focal spot.

2. The method according to p. 1, characterized in that the steel sheets are made of boron-containing manganese steel hardened under a press.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the larger area (16.2) of the laser focal spot irradiates a surface that is at least three times larger than the surface irradiated by the smaller area (16.1) of the laser focal spot.

4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the laser beam (6) is not subjected to vibrations during fusion welding.

5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that a laser focal spot (16) having a different energy distribution is created by at least one optical element (7.1, 7.2) configured to control the position of a smaller area (16.1) of the laser focal spot located inside larger area (16.2) of the laser focal spot, relative to the latter.

6. Method according to claim 5, characterized in that the position of the smaller laser focal spot portion (16.1) within the larger laser focal spot portion (16.2) is adjusted in the (X, Y) direction, which extends parallel and/or transverse to the welding direction (WD ).

7. The method according to any one of paragraphs. 1 to 6, characterized in that the larger portion (16.2) of the laser focal spot has an elongated shape, with the longitudinal axis of the larger portion (16.2) of the laser focal spot extending in the welding direction (WD).

8. Method according to claim 7, characterized in that the larger area (16.2) of the laser focal spot has an oval, elliptical or rectangular shape.

9. The method according to any one of paragraphs. 1 - 8, characterized in that the larger area (16.2) of the laser focal spot has a longitudinal dimension that is at least 2 times the average diameter or the largest diameter of the smaller area (16.1) of the laser focal spot.

10. The method according to any one of paragraphs. 1 - 8, characterized in that the larger area (16.2) of the laser focal spot has a longitudinal dimension that is at least 2.5 times the average diameter or the largest diameter of the smaller area (16.1) of the laser focal spot.

11. The method according to any one of paragraphs. 1 - 8, characterized in that the larger area (16.2) of the laser focal spot has a longitudinal dimension that is at least 3 times the average diameter or the largest diameter of the smaller area (16.1) of the laser focal spot.

12. The method according to any one of paragraphs. 1 - 11, characterized in that the filler material (11) is supplied in the form of a wire or powder.

13. The method according to any one of paragraphs. 1 - 12, characterized in that the filler material (11) does not contain aluminum, except for inevitable impurities or inevitable trace amounts.

14. The method according to any one of paragraphs. 1 - 13, characterized in that the filler material (11) contains at least one alloying element from the group including nickel, chromium and/or carbon.

15. The method according to any one of paragraphs. 1 - 14, characterized in that the filler material (11) has the following composition, wt.%:

0.05 - 0.4 C,

0 - 2.0 Si,

0 - 3.0 Mn,

4 - 25 Cr,

0 - 0.5 Mo, and

5 – 12Ni,

the rest is iron and inevitable impurities.

16. The method according to any one of paragraphs. 1 - 15, characterized in that the steel hardened under pressure has the following composition, wt.%:

0.10 - 0.50 C,

maximum 0.40 Si,

0.50 - 2.0 Mn,

maximum 0.025P,

maximum 0.010S,

maximum 0.60 Cr,

maximum 0.50 Mo,

maximum 0.050 Ti,

0.0008 - 0.0070 V, and

minimum 0.010 Al,

the rest is iron and inevitable impurities.

17. The method according to any one of paragraphs. 1 - 16, characterized in that the steel sheet (sheets) (1, 2) are connected at the joint, and in the joint to be connected, a gap (3) is set with an average gap width of 0.01 - 0.15 mm.

18. The method according to any one of paragraphs. 1 - 16, characterized in that the steel sheet (sheets) (1, 2) are connected at the joint, and in the joint to be connected, a gap (3) is set with an average gap width of 0.06 to 0.15 mm.

19. The method according to any one of paragraphs. 1 to 18, characterized in that the steel sheet(s) (1, 2) are joined at a welding speed of at least 4 m/min.

20. The method according to any one of paragraphs. 1 to 18, characterized in that the steel sheet(s) (1, 2) are joined at a welding speed of at least 5 m/min.

21. The method according to any one of paragraphs. 1 - 18, characterized in that the steel sheet (sheets) (1, 2) are connected with a welding speed of 6 - 12 m / min.

22. The method according to any one of paragraphs. 1 - 21, characterized in that the filler material (11) is fed in the form of a wire, and the wire is fed at a feed rate of 40 - 90% of the welding speed.

23. The method according to any one of paragraphs. 1 - 22, characterized in that the weld pool (9) is not exposed to the shielding gas flow during laser welding, at least on the side facing the laser beam (6).

24. The method according to any one of paragraphs. 1 - 23, characterized in that the filler material (11), preferably in the form of a wire, is fed into the weld pool (9) in such a way that the filler material (11) is fed directly into the smaller area (16.2) of the laser focal spot.

25. The method according to any one of paragraphs. 1 - 24, characterized in that the filler material (11), supplied in the form of a wire, is fed into the weld pool (9) in such a way that the central axis of the wire and the surface of at least one steel sheet (1, 2) to be welded, or steel sheets (1, 2) to be welded to each other form an acute angle of less than 50°.

26. The method according to any one of paragraphs. 1 - 24, characterized in that the filler material (11), supplied in the form of a wire, is fed into the weld pool (9) in such a way that the central axis of the wire and the surface of at least one steel sheet (1, 2) to be welded, or steel sheets (1, 2) to be welded to each other form an acute angle of less than 45°.

27. The method according to any one of paragraphs. 1 - 24, characterized in that the filler material (11), supplied in the form of a wire, is fed into the weld pool (9) in such a way that the central axis of the wire and the surface of at least one steel sheet (1, 2) to be welded, or steel sheets (1, 2) to be welded to each other form an acute angle of less than 30°.

28. The method according to any one of paragraphs. 1 - 24, characterized in that the filler material (11), supplied in the form of a wire, is fed into the weld pool (9) in such a way that the central axis of the wire and the surface of at least one steel sheet (1, 2) to be welded, or steel sheets (1, 2) to be welded together form an acute angle of 10 - 30°.

29. The method according to any one of paragraphs. 1 - 28, characterized in that the filler material (11) is heated to a temperature of at least 60°C by means of a heating device before being fed into the weld pool (9).

30. The method according to any one of paragraphs. 1 - 28, characterized in that the filler material (11) is heated to a temperature of at least 100°C by means of a heating device before being fed into the weld pool (9).

31. The method according to any one of paragraphs. 1 - 28, characterized in that the filler material (11) is heated to a temperature of at least 150°C by means of a heating device before being fed into the weld pool (9).

32. The method according to any one of paragraphs. 1 - 28, characterized in that the filler material (11) is heated to a temperature of at least 180°C by means of a heating device before being fed into the weld pool (9).