最火镀锌板填丝激光钎焊工艺的初探

镀锌板填丝激光钎焊工艺的初探

摘要：绍了采用Nd:YAG激光器在镀锌板填丝焊接中的应用优势和加工机理，分析了实验结果。工艺试验证明填丝激光钎焊在合适的条件下，可以获得成形好、缺陷较少且性能合格的接头。

引言

镀锌钢板广泛应用于汽车车身及家电制造业。用热镀或电镀工艺产生的锌层隔绝基层钢板与空气、水份等的接触，并优先电解保护钢板，以增强产品使用过程中的抗腐蚀性。同时，由于基层钢板和镀锌层两者截然不同的物理及机械特性，镀锌钢板的焊接容易产生过热、飞溅及影响电弧稳定性的锌蒸汽等问题。在应用中，电阻点焊是镀锌钢板最常见的焊接方法。除上述问题外，电阻点焊还有电极头使用寿命等技术难题。

近些年来，激光束焊接作为一种替代电阻点焊的工艺手段，受到人们的广泛关注。以搭接焊结构为例，激光束焊接相对电阻点焊而言具有单面加工、搭边量小（质量减轻）、结构强度增加、无电极磨损现象、焊接质量稳定、非接触式加工、焊接速度快、焊接变形小等特点。

工业上用于焊接的激光器主要为二氧化碳激光器和Nd:YAG激光器。近年来出现了适合于材料加工的大功率Nd:YAG激光器。由于Nd:YAG激光器产生的激光可以有效地利用光纤传输，在板材结构件地焊接中逐步得到了推广应用。

近年来，许多学者对镀锌钢板地激光焊接进行了研究，提出了不同地工艺手段，在此介绍采用Nd:YAG激光器在镀锌板填丝焊接中地实验研究情况。

1.焊接机理

早在1984 年，一些学者就开始对激光填料焊接工艺进行了研究，当时是为了解决激光对焊存在的一些问题。国内也有学者采用二氧化碳激光器对填丝激光焊进行过研究，但多采用开坡口对接接头形式。对于镀锌板的角接填丝钎焊，尤其是采用Nd:YAG激光器为热源的激光工艺研究，尚未发现有相关的报道，我们对此进行了试验。

如图1所示，激光填丝钎焊与常规“扫描”方式不一样，聚焦光束首先照射在焊丝表面上，对焊丝加热使其充分熔化形成高温金属熔体，流入熔体在合适的激光加热条件下，使之与工件间形成良好的冶金结合，在界面层中主要生成均匀的固溶体及共晶组织。总而言之，工件间的连接是通过钎焊层实现的，而母材本身不应被激光严重熔蚀损伤。

2 实验过程

2.1 实验材料

实验采用材料与汽车制造用材料一致。试件用剪床剪成100mm×30mm，连续热镀锌低碳非合金钢板厚0.7mm，镀锌量100克每平米。钎焊焊丝采用￠0.8mm的铜硅合金焊丝。焊丝具有良好的挺直性。

2.2 实验设备

实验采用日本IHI公司3KW Nd:YAG激光器(光纤传输)，ABB公司六轴工业机器人，焊接时用氩气作为保护气。

2.3 实验过程

如图1所示，试件用台钳夹紧，将焊丝平放在V型槽中，实验过程中沿激光束输出方向采用氩气吹送保护。

2.4 焊接参数

焊接工艺参数见表1

激光填丝焊接中，焦点位置在焊丝表面上方2mm处，其中约80％的光束照射在焊丝上，20％照射于附近镀锌板上。试验表明：焊丝能够熔化并浸润镀锌钢板，成形良好。

2.5焊缝外观

焊缝外观见图2。

试验发现焊丝可以充分熔化，并浸润焊缝。焊缝外表面圆滑平顺，无气孔、裂纹和咬边等缺陷。

2.6 焊缝金相组织

通过打磨、抛光、腐蚀后，获得试样显微我国塑机行业取患改性塑料了长足的进步金相照片见图3。

显微观察激光钎焊试样，有时为了减轻份量也采取铝合金等有色金属及特种金属发现母材和钎料熔体间产生的金属间相层，降低了接头的机械性能。工业用途镀锌板材料的钎焊，若金属间相层小于10微米，则认为是可行的。

3 讨论

a 激光填丝钎焊是常规激光焊接工艺的扩展，它综合了激光焊接和填料钎焊的优点，可以降低激光焊接对接头装夹精度、激光功率、激光聚焦性能的严格要求。在改善焊缝冶金性能、实现异种材料焊接等方面有应用空间。本试验中的激光钎焊采用焊丝预传统方法采取快速成型技术置方法，达到了预期效果。实际应用中宜采用自动送丝，这样，影响因素如送丝角度、送丝速度、激光功率分配等参数就更多更复杂，有待进投资范围大小都可一步的深入研究。

b 大功率Nd:YAG激光器的问世，为材料焊接提供了一条新的途径。Nd:YAG激光器产生的激光通过光缆传输，结合工业机器人，可以组成一个柔性的焊接单元，更有利于全位置焊缝的焊接。由于镀锌板锌元素的存在，激光输出光束模式好、聚焦斑点较小、焦距较长的大功率Nd:YAG激光器尤其适合镀锌钢板的焊接，一方面它对锌层的烧损最小，同时还可以将锌蒸汽对聚焦镜头的污染程度减低到最小。在汽车制造业中，填丝激光钎焊可以取代传统的手工火焰钎焊，还可以用于车身顶盖与侧围的焊接，一方面提高了效率，同时取代了后续涂胶工艺，降低了生产成本。

c 以上实验的结果还需利用扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析（EDS）方法观察焊缝区域各部位的钎料－母材间的润湿铺展及冶金交互作用情况，并有待进一步深入研究。

d对于工业推广，镀锌板的激光钎焊还要进行疲劳实验、耐蚀实验等验证过程。(end)