[發(fā)明專利]一種鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910061094.2
• 申請日: 2009-03-09
• 公開（公告）號: CN101508058A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周世權(quán);汪春華;貝恩海;周立
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B23K26/24
• 分類號: B23K26/24;B23K26/42;C22C21/00;B21C37/00;C22C1/02;C22F1/04;B23K26/26;B23K101/18;B23K103/16
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高強(qiáng)度鍍鋅薄板激光搭接焊工藝。特別適用于高強(qiáng)度鍍鋅薄板激光搭接焊結(jié)構(gòu)，如汽車車身裝焊，家用電器外殼裝焊以及其他要求耐腐蝕鍍鋅結(jié)構(gòu)的激光焊接。

背景技術(shù)

隨著高強(qiáng)度鍍鋅鋼板在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，常用的電阻焊接技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致電極的早期失效和點(diǎn)焊質(zhì)量的不穩(wěn)定，這樣目前在歐美，大多數(shù)汽車制造業(yè)已經(jīng)用CO₂激光和Nd:YAG激光焊接技術(shù)取代了電阻焊。但是，由于搭接結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致鋅從兩板貼合面大量蒸發(fā)，產(chǎn)生表面飛濺和焊縫氣孔及缺肉，使焊件表面質(zhì)量差，接頭機(jī)械性能波動(dòng)大，迫使一些企業(yè)不得不將搭接結(jié)構(gòu)改為對接，由此導(dǎo)致模具等工藝和工裝夾具的全面更新，使生產(chǎn)成本大幅度增加。這種策略多為新建制造廠所采用。由于薄鋼板對接激光焊縫的裝配要求極高的精度，一些汽車制造企業(yè)仍然采用搭接結(jié)構(gòu)，但在焊前將貼合面的鍍鋅層用刀具刮除，這樣雖然防止了飛濺，但導(dǎo)致耐腐蝕能力下降，進(jìn)而使使用壽命減少。

鋼板貼合面的鋅涂層在鋼的熔點(diǎn)溫度時(shí)將沸騰并產(chǎn)生幾個(gè)大氣壓的蒸氣壓力，因此，如果這個(gè)蒸氣是被困在卡具夾緊的鋼板之間，它會(huì)通過焊接熔池或穿孔噴出，導(dǎo)致液態(tài)金屬周期性噴濺。由此產(chǎn)生的焊接過程的不穩(wěn)定和焊縫氣孔及缺肉問題是在激光搭接焊各系列鍍鋅鋼板時(shí)共同存在的。

為了使鋅蒸汽能從兩板貼合面逸出，有人研究讓兩板間留一個(gè)0.1-0.2mm的間隙，提供一個(gè)鋅蒸汽通道來解決飛濺問題。但板材厚度0.5-2毫米時(shí)，很難保證間隙的均勻一致，在焊接過程中薄板會(huì)產(chǎn)生波浪變形，更難保證間隙的一致性。所以這種方法在高強(qiáng)度鍍鋅薄鋼板激光焊接中沒有得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法，該方法可以獲得高強(qiáng)度，表面光潔和高耐腐蝕的焊接接頭。

本發(fā)明提供的鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法，其步驟包括：

第1步將寬度為8-10mm、厚度為0.02-0.03mm的Al-Sn合金箔放置在兩塊鋼板的搭接貼合面之間，Al-Sn合金箔中Sn的質(zhì)量百分比為35-45wt％；

第2步以兩塊鋼板的搭接貼合面為焊縫，利用低功率激光束和高功率激光束將兩塊鋼板焊接在一起，其中，所述低功率激光束的功率為2-3KW，高功率激光束的功率為3-4KW，且二者的功率差為1-1.5KW；以掃描方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，低功率激光束位于高功率激光束的前方，二者的間距為20-50mm，激光焊接速度為4-8m/min，激光束的光斑直徑小于等于0.5mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

(1)本發(fā)明可以利用由CO₂激光器或Nd:YAG激光器和兩激光槍構(gòu)成的雙束激光焊接機(jī)等現(xiàn)成技術(shù)，按照本發(fā)明方法的要求進(jìn)行安裝，就可以實(shí)現(xiàn)焊接。因此，本發(fā)明方法所使用的設(shè)備簡單，生產(chǎn)成本低，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。

(2)所獲得的焊縫強(qiáng)度大于基體金屬的強(qiáng)度，表面無飛濺，焊縫耐腐蝕性比刮出法高3倍以上。

本發(fā)明方法使用Al-Sn合金箔，因Al-Sn合金有良好的塑性，只要在制造鑄錠時(shí)防止偏析和細(xì)化晶粒，就可以像制造Al箔或Sn箔一樣制造Al-Sn合金箔。主要是使其熔點(diǎn)接近Zn的419℃熔點(diǎn)。使Al-Sn合金能與Zn涂層快速合金化。因激光加熱速度極高，否則在第二束高功率激光束到來時(shí)，未合金化的Zn同樣將產(chǎn)生蒸發(fā)而導(dǎo)致飛濺和氣孔等缺陷。

(3)本發(fā)明可以用于激光焊接DP系列，TRIP系列以及HSLA系列的熱鍍鋅鋼板的搭接焊縫，并實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的高效率，低污染和低廢料。

附圖說明

圖1為夾層鋁合金薄膜放置位置及雙束激光布置示意圖；圖中，1為鋁合金箔，2為鍍鋅薄鋼板，3為高功率激光束，4為低功率激光束；

圖2為利用本發(fā)明方法得到的焊縫表面質(zhì)量圖(使用CO₂激光器)；

圖3為利用本發(fā)明方法得到的焊縫的橫截面的金相組織圖(使用CO₂激光器)；

圖4為利用本發(fā)明方法得到的焊縫表面質(zhì)量圖(使用Nd-YAG激光器)；

圖5為利用本發(fā)明方法得到的焊縫的橫截面的金相組織圖(使用Nd-YAG激光器)；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的激光鍍鋅鋼板搭接焊方法采用化學(xué)冶金與物理冶金相結(jié)合的方法，首先利用低功率激光束將兩板貼合面處的鋅涂層與高沸點(diǎn)的鋁合金(0.02-0.03mm薄膜)混合形成高沸點(diǎn)的Al-Zn-Fe-Sn合金，緊跟其后的是高功率激光束加熱實(shí)現(xiàn)熔化焊接?？梢垣@得高強(qiáng)度，表面光潔和高耐腐蝕的焊接接頭。成本比刮出鍍鋅層低。