專利名稱：一種鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法
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C02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1-1.5 KW;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C02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'C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。


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C02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C02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)施例方式
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。可以獲得高強(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。
本發(fā)明的夾層材料為以A1為基體，含有Sn的合金箔，其中Sn含量為35-45wt%，余量為Al。 Sn的主要作用是降低熔點(diǎn)，同時(shí)為了制造箔的方便，他不應(yīng)該與Al形成金屬間化合物，保證所獲得的合金有高的塑性。這種Ai-Sn A仝，各的'^占^r 4sn;nrrr
采用本發(fā)明的鋁合金箔夾層材料在低功率激光作用下，可以與鋅涂層
形成Zn-0.3Al-0.15Sn-0.05Fe合金(原子百分?jǐn)?shù))，其沸點(diǎn)達(dá)到160(TC以上。從而有效地防止了鋅的蒸發(fā)，為后續(xù)高功率激光的穩(wěn)定焊接創(chuàng)造了良好條件。
沸點(diǎn)的計(jì)算方法為
BT=0.3 x2450+0.15 x2200+0.05 x3 500+0.5 x907= 1644 °C
高功率激光槍的配置主要根據(jù)焊縫的形式，但要保證與低功率激光槍間的距離為20mm至50mm，也可以將激光槍傾斜一定的角度(10-30G)，通常焊速低時(shí)，間距可以小，而焊速高時(shí)距離應(yīng)調(diào)大。以保證合金化過程進(jìn)行充分。
具體實(shí)施本發(fā)明方法時(shí)，可以以工業(yè)C02激光器或Nd:YAG激光器為主體，采用雙束激光焊接機(jī)的激光槍，也可以將二個(gè)激光槍配置獨(dú)立地安裝在兩臺(tái)操作機(jī)上。調(diào)整兩激光槍的間距為20mm至50mm。其激光器的額定輸出功率為3KW和4KW。
低功率(2-3KW)的激光束先進(jìn)行合金化處理，使貼合面的鋅涂層轉(zhuǎn)變?yōu)锳l-Zn-Fe-Sn合金。使沸點(diǎn)達(dá)到1600'C以上。防止后續(xù)激光焊接時(shí)產(chǎn)生鋅沸騰。焊接速度根據(jù)板厚度進(jìn)行調(diào)整，通常4-8m/min。緊跟著用高功率(3-4KW)的激光束進(jìn)行焊接，使焊接熔池深度達(dá)到1.5-2倍的單板厚度，焊接速度根據(jù)板厚度進(jìn)行調(diào)整，通常4-8m/min，以便獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。
實(shí)施例1 DP600雙面熱鍍鋅鋼板的Nd:YAG激光搭接焊
板厚度lmm，雙面鍍鋅層厚度0.01mm。搭接量10mm,采用8mm寬度的Al-Sn箔，第一束激光功率為2KW，第二束激光功率為3KW,焦點(diǎn)直徑0.5mm.焊接速度4m/min.焊后表面無飛濺物(圖2)，焊縫無氣孔和缺肉(圖3)。焊接接頭單位長度的拉剪負(fù)荷達(dá)到650N/mm。實(shí)施例2 HSLA450雙面熱鍍鋅鋼板的CCV激光搭接焊
板厚度lmm，雙面鍍鋅層厚度0.01mm。搭接量8mm，采用8mm寬度
的A1-Sn箔，第一束激光功率為3KW,第二束激光功率為4KW，焦點(diǎn)直徑
0.5mm.焊接速度7m/min.焊后表面無飛濺物(圖4)，焊縫無氣孔和缺肉(圖
5)。焊接接頭單位長度的拉剪負(fù)荷達(dá)到480N/mm。
實(shí)例1和2中所使用的Al-Sn合金箔的制造方法如下
1. 將鋁錠在電阻坩堝爐中于700-720'C熔化；
2. 加入配好的錫錠，待熔化均勻后將溫度降為520-55(TC即可澆注。
3. 用金屬模澆注，實(shí)現(xiàn)快速凝固。
4. 鑄錠坯加熱到300-32(TC，在鍛錘上進(jìn)行鐓粗和拔長。 將所獲得的Al- (35-40) wt%Sn合金鍛坯按照制造鋁箔一樣的方法做
成A1-Sn合金箔(厚度為0.02-0.03mm)，其熔點(diǎn)為450-500°C 。
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施 例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等 效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種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。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法，其特征在于: 所述Al-Sn合金箔的制度方法為① 將鋁錠在坩堝爐中于熔化后，加入錫錠，Sn的質(zhì)量百分比為35 -45wt%，待熔化均勻后將溫度降為520-550°C;② 用金屬模澆注，使其快速凝固成Al-Sn合金錠坯；③ 將Al-Sn合金錠坯再加熱到300-35(TC后，進(jìn)行鐓粗和拔長，使其 晶粒細(xì)化，得到Al-Sn合金鍛坯；④ 將Al-Sn合金鍛坯制成Al-Sn合金箔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法，該方法將含Sn量為35-45wt％的Al-Sn合金箔放置在鋼板搭接面之間，再利用功率分別為2-3KW和3-4KW的二束激光束對焊縫進(jìn)行焊接，激光束的間距為20-50mm，焊接速度為4-8m/min。本發(fā)明生產(chǎn)成本低，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，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。
文檔編號(hào)C22C1/02GK101508058SQ20091006109
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者立 周, 周世權(quán), 汪春華, 貝恩海 申請人:華中科技大學(xué)