CN106064278A - 一种基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于：步骤1、除去第一母材（1）和第二母材（3）上下表面上的杂质，用焊接夹具准确搭接并夹紧；步骤2、将真空罩（6）连接到激光焊接头（7）上，真空罩可以在激光焊接头上旋转；步骤3、将激光焊接头移动到工件上方，使真空罩与工件表面保持一定距离；步骤4、从真空罩的进气口（8）供给一定压力的压缩空气；步骤5、启动激光焊接系统，激光束（4）垂直辐射工件上表面，完成焊接过程。在本发明中，通过简易的气旋式真空罩形成局部真空环境，降低了镀锌钢板激光焊接时锌等金属蒸汽的蒸汽压力，避免了大量熔融金属向上喷射，产生飞溅、未熔合等缺陷。

Description

一种基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法
技术领域
本发明涉及一种激光焊接方法，尤其涉及一种镀锌钢板的激光搭接焊接方法。
背景技术
由于镀锌钢中锌层的存在，使得镀锌钢的焊接工艺性大大降低。原因是在镀锌钢的焊接过程中，镀层锌和基体钢物理特性的极大差异（镀锌层锌的熔点是420 ℃，沸点是907 ℃，远低于基体铁的熔点是1300 ℃），镀层锌的气化先于基体钢的熔化。目前，镀锌钢的主要焊接工艺有三种：电阻点焊、电弧焊和激光焊接。对电阻点焊而言，由于镀锌层的存在，焊接时电极易于锌层合金化，降低电极的寿命。而采用电弧焊接镀锌钢时，由于锌的低沸点，在电弧刚接触到镀锌层时，锌迅速气化，产生的锌蒸气向外喷射，很容易使焊接产生熔渣粒子、气孔、飞溅、未熔合及裂纹等焊接缺陷，电弧的稳定性也因此受到影响，焊接质量下降，同时焊接过程中还会产生大量烟雾粉尘。另外，由于电弧焊的焊缝宽度较大，且热输入量大，镀层锌的大量气化降低了镀锌钢焊缝处的抗腐蚀性能。镀锌钢搭接接头采用激光焊接时，同样存在镀锌层的气化，以及焊接气孔、飞溅、未熔合等缺陷。为此，公开号为 “CN102233481 B”、“CN 102120288 B”和“US8692152 B2”的发明专利公开了镀锌钢板的激光搭接焊接方法，其中采用高功率大光斑激光束高速焊接镀锌钢板，在从激光照射点向后方延伸的熔融池内，形成细长孔，从而由激光照射产生的金属蒸气通过细长孔向激光行进方向后方并在朝向激光照射源的方向上排出，在一定程度上解决了激光焊接镀锌板搭接接头焊缝飞溅、针孔和气泡眼等焊接缺陷问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：该方法中通过高功率激光和极快的焊接速度形成的细长小孔，实际焊接中难以控制，且高功率激光光源成本大幅提高。
公开号为“CN 102451955 B”、“CN 101695790 B” 和“JP61-74793A”的发明专利公开了镀锌钢板的激光搭接焊接方法，其中利用间隔物或者水平差距，在将经受搭接焊接的镀锌钢板之间设置用于排出锌蒸气的间隙，在一定程度上解决了激光焊接镀锌板搭接接头焊缝飞溅和气孔等焊接缺陷问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：该方法中通过预先设置搭接板之间的间隙，在实际操作中，难以保持一致的间隙，如此增加了激光焊接工艺参数的匹配选择难度。
公开号为“US6479168 B2”、“US20080035615 A1”、“US7329828 B2”和“CN101508058 B”的发明专利公开了镀锌钢板搭接激光焊接方法，其中在钢板搭接面之间放置Cu、Al、Zn/Al和Al-Sn等金属箔，利用合金元素与锌的冶金反应降低锌蒸气对焊接过程的影响，在一定程度上解决了激光焊接镀锌板搭接接头焊缝飞溅和气孔等焊接缺陷问题，但是该技术方案仍旧存在以下问题：预置金属箔增加了工艺复杂性，且预置的合金元素会带来新的焊接问题，如氧化、接头软化、耐蚀性降低等。
发明内容
本发明的目的是解决目前镀锌钢板搭接接头激光焊接过程中锌层剧烈蒸发，焊接过程极不稳定，易出现焊接飞溅、未熔合等缺陷的问题。
本发明的技术方案是提供一种基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于。
步骤1：除去第一母材和第二母材上下表面上的杂质，用焊接夹具将第一母材和第二母材准确搭接并夹紧。
步骤2：将真空罩连接到激光焊接头上，真空罩可以在激光焊接头上旋转，焊接喷嘴与真空罩距离工件表面的距离可调。
步骤3：将激光焊接头移动到工件上方，使真空罩与工件表面保持一定距离h。
步骤4：从真空罩的进气口供给干燥的压缩空气。
步骤5：启动激光焊接系统，激光束垂直辐射工件上表面，完成焊接过程。
进一步地，在步骤1中，第一母材和第二母材在焊接夹具装夹下紧密贴合，即搭接板间间隙为零。
进一步地，第一母材和第二母材板厚t为0.5 ~ 2 mm。
进一步地，在步骤2中，真空罩为气旋式真空吸盘。
进一步地，在步骤3中，真空罩与工件表面之间距离h为0.5 mm ~ 1.5 mm。
进一步地，在步骤4中，真空罩的供气压力为1 bar ~ 4 bar。
本发明的有益效果是。
1）在本发明中，通过简易的气旋式真空罩在激光焊接区域形成局部真空环境，此时相比于大气环境，材料的沸点下降，因此当极高能量密度的激光作用在材料时金属更容易汽化蒸发，一方面相比于大气环境，会有更多的金属熔化和汽化，另一方面金属蒸汽的会比大气环境下低。如此，激光焊接镀锌钢板搭接接头时，小孔内锌等金属蒸汽的蒸汽压力较低，避免了大量熔融金属向上喷射，产生飞溅、未熔合等缺陷。
2）在本发明提出的局部真空环境有助于抑制激光致等离子体的产生，避免了光致等离子体对入射激光的逆韧致吸收，从而在获得同样焊接深度的情况下，可以减小激光功率，降低成本。
3）采用本发明提供的镀锌钢板激光搭接焊接方法，实现了镀锌钢板零间隙激光搭接焊接，大大较少了焊装夹具的调整时间。
附图说明
图1是本发明所述的镀锌钢板激光搭接焊接方法示意图。
图2是气旋式真空罩的工作原理示意图。
图3是气旋式真空罩俯视图的示意图。
其中：其中：1、第一母材，2、镀锌层，3、第二母材，4、激光束，5、焊接喷嘴，6、真空罩，7、焊接头，8、真空罩供气口，9、焊接小孔，10、焊接熔池，11、凝固的焊缝，12、真空罩喷嘴。
具体实施方式
以下将结合附图1-3对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，焊接工件为双面镀锌的两块板材，安装在焊接头上的真空罩在激光焊接区域形成局部真空环境，激光焊接镀锌钢板搭接接头时，小孔内锌等金属蒸汽的蒸汽压力较低，避免了大量熔融金属向上喷射，产生飞溅、未熔合等缺陷，实现镀锌钢板零间隙激光搭接焊接连接。
本发明的技术方案是提供一种基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于。
步骤1：除去第一母材1和第二母材3上下表面上的杂质，用焊接夹具将第一母材1和第二母材3准确搭接并夹紧。
步骤2：将真空罩6连接到激光焊接头7上，真空罩6可以在激光焊接头7上旋转，焊接喷嘴5与真空罩6距离第二母材3表面的距离可调。
如图2和3所示，气旋式真空罩6工作时，由供气口8进入的高压气体经喷嘴12射出后沿切向进入旋回流腔，在腔内作强回旋运动，由于离心力的作用，在真空罩6的腔内中心产生局部真空。
步骤3：将激光焊接头7移动到工件上方，使真空罩6与第二母材3表面保持一定距离h。
如图1所示，真空罩6与第二母材3表面之间距离h为0.5 mm ~ 1.5 mm。
步骤4：从真空罩6的进气口8供给干燥的压缩空气，供气压力为1 bar ~ 4 bar。
步骤5：启动激光焊接系统，激光束4垂直辐射第二母材3上表面，完成焊接过程。
在该实施例中，第一母材1和第二母材3板厚为0.5 mm ~ 2 mm。
在该实施例中，激光束为CO2激光或Nd：YAG激光或半导体激光，激光功率为2 kW ~4 kW，焊接速度为0.5 m/min～ 3 m/min，激光束聚焦焦距为150 mm ~ 300 mm，离焦量为+3mm ~ -2 mm，无需保护气体。

Claims (5)

1.一种基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于：
步骤1：除去第一母材（1）和第二母材（3）上下表面上的杂质，用焊接夹具将第一母材（1）和第二母材（3）准确搭接并夹紧；
步骤2：将真空罩（6）连接到激光焊接头（7）上，真空罩（6）可以在激光焊接头（7）上旋转，焊接喷嘴（5）与真空罩（6）距离工件表面的距离可调；
步骤3：将激光焊接头（7）移动到工件上方，使真空罩（6）与工件表面保持一定距离；
步骤4：从真空罩（6）的进气口（8）供给干燥的压缩空气；
步骤5：启动激光焊接系统，激光束（4）垂直辐射工件上表面，完成焊接过程。
2.根据权利要求1所述的基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于：步骤1中，第一母材和第二母材搭接接头板间间隙为零。
3.根据权利要求1所述的基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于：在步骤2中，真空罩为气旋式真空吸盘。
4.根据权利要求1所述的基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于：在步骤3中，真空罩与工件表面之间距离为0.5 mm ~ 1.5 mm。
5.根据权利要求1所述的基于局部真空气氛的镀锌钢板激光搭接焊接方法，其特征在于：在步骤4中，真空罩的供气压力为1 bar ~ 4 bar。
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