CN1762643A - 预处理要焊接的镀锌钢板或铝板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善镀锌钢板可焊性的方法，是通过对打算焊接结合的接合区的表面进行预处理而实现，在该方法中，使大气的低温等离子体束对准该表面。

Description

预处理要焊接的镀锌钢板或铝板的方法
本发明涉及一种预处理要焊接，特别是激光焊接的镀锌钢板或铝板的方法。在镀锌钢板情况下，还应理解成是这样的钢板，该钢板镀覆的保护层只具有锌成分。在此特别涉及锌-铝、锌-镍合金或者有机材料，例如锌粉漆或掺锌的塑料。
已知在焊接镀锌钢板时，如果没有采取额外的措施，焊缝区域就会出现质量问题。由于锌在比钢板明显更低的温度下就开始熔化并气化，因此在焊缝周围形成气孔和缺陷。这导致焊缝不足的强度和紧密性不够、焊缝的易受腐蚀性和劣化的焊缝形状。
现有技术公开了很多种不同的措施，试图改善所形成的焊缝的质量。
在EP 0527229B1中描述了一种激光焊接的方法，特别是焊接镀锌钢板，该方法在焊接过程中使用了一种在焊接前由氧气和别的气体形成的混合辅助气体。
氧气与锌结合并形成抑制锌的气化的氧化锌和过氧化锌，也就是说固体，由此应形成明显更少的气孔。
在EP 0446677B1中公开了一种可焊性得到改善的镀锌钢板的制备方法，该方法在钢板表面沉积锌层前，在钢板表面上涂覆一种具有某一碳含量的铁/碳层。
该文描述的现有技术通过两份日本专利申请得到了确定，在这两份日本专利申请中，镀锌钢板的可焊性各通过在镀锌表面上形成氧化膜而得到改善。
对于JP 60-063394和JP 02-004983中描述的镀锌钢板，该氧化膜通过热浸渍进行涂覆。
EP 0446677B1的作者解释到，在镀锌钢板上形成一种氧化膜的方法由于在大工业规模上得不到满意的结果，因而迄今来说是失败的。
镀锌钢板特别用于汽车车身、工业容器和家用器具的壳体。
特别是由于涂覆在钢板上的镀层良好的粘合以及其耐腐蚀性，因此镀锌钢板的使用尤其是在汽车工业中持续上升。于竞争者在产品质量及其技术标准方面几乎没有区别的这一行业中，竞争主要取决于生产成本。由于要生产的件数极多，因此对于时间和材料利用方面很微小的节省都很重要。因此缩短制造汽车的生产周期是永恒的目标，这可能例如通过代替以时间上更快进行的方法以及避免工艺上必需的停顿时间而达船。此外，力求使制造过程必需的设备技术尽可能少的保养，并且是结实耐用的。最终还通过节省使用助剂而使生产成本降低。
以这些着眼点观察现有技术的描述所给出的解决方案，可以认识到，为了能够满足质量要求即不形成气孔并且在焊缝周围保持锌层的方式焊接镀锌钢板，总是需要相当大的花费。
在激光焊接过程中使用辅助气体(EP 0446677B1)要求特制的焊接烧嘴，利用该焊接烧嘴一般使气流与激光束同轴地到达工件。与不用辅助气体的激光焊接装置不同，在此必须采用附加技术措施来供应气体并抽出气体。
另一所述方案采用额外的涂覆层。该层因工艺限制总是在整个表面进行涂覆，这也意味着在根本不作为随后焊接结合的接合面的表面区域也涂覆。因此用于涂层的材料使用比实际所需的起作用部分多出几倍。除此以外，例如热浸渍需要必不可少的冷却和干燥时间。
根据DE 10135611A1中现有技术的描述，为了减少涂层材料的蒸发，常常使用昂贵的特殊电极，该电极通常以降低的焊接电流操作。然而由此可能会损害焊接结合的机械承载能力，并减小相应生产装置的生产能力。
在另一方法中涉及一种特殊的结构性措施，用来使所形成的工艺蒸气能够无妨碍地逸出。
不同于该现有技术，DE 10135611A1要求保护的方案提出，将防腐蚀层(锌层)部分刮除或者大大减少。为了除去焊缝区域(接合区)的锌层，适合使用一种小型化的喷砂器，例如其用在牙医中以除去牙垢。为了避免周围表面的污染，并对喷砂物料进行再次利用，采用了一种抽吸的措施，例如使用一种负压喷砂装置。
明确证实，该方法还特别适于利用激光的焊接，以及特别是在车身形成中，于预处理后用负压喷砂装置程序性地焊接在接口中堆叠在一起的车身钢板的表面。
作为合适的喷砂剂可提及矿物刚玉。也可考虑玻璃、盐类、纯碱、磨碎的坚果壳、冰或干冰，后种物质具有这样的优点，即没有残留的喷砂剂需要去除。与现有技术相比，采用DE 10135611A1要求保护的方法不具有对于腐蚀性的不利作用，因为焊缝区域的锌层无论如何不会蒸发。
为了改善由易于氧化的金属(其倾向形成妨碍焊接过程的表面层)形成的导电工件的可焊性，在DE 19927557A1中提供一种方法，即产生高频的电弧放电，其跃过表面，并且在随机分布的点处使得妨碍性的表面层穿孔和部分被蒸发。
本发明的任务是，寻找合适的措施来改善镀锌钢板的可焊性，该措施要求尽可能低的工艺、时间以及材料的消耗。
对于根据权利要求1前序部分的方法，该任务通过如下实现：将大气的(atmosphrisch)、低温等离子体束对准表面。
从属权利要求中给出了有利的实施方案。
大气的低温等离子体在表面处理中的应用本身并非是新颖的。
在EP0761415B1中提供一种用液体提高工件表面可润湿性的方法，该方法中，通过在加入工作气体时的等离子体放电，产生一束反应性介质，并经过待处理的表面。不同于现有技术已知的产生等离子体的方法，该用于表面处理的等离子体具有相对低的温度，因此甚至不会损害到敏感的表面。该方法适合处理导电的和不导电的工件，特别是由塑料形成的工件。
在EP 0761415B1中描述了一种可生产适于方法实施的大气的低温等离子体的射束发生器，其使用不可传送的电弧对塑料进行预处理。与在如EP 1292176A2中所描述的射束发生器一样，用于产生等离子体而形成的电弧不传送到工件上。为了得到离开射束发生器的等离子体束的物理和化学性质，已进行了实验，在EP 0761415B1中报道了其结果。
照此看来并不清楚，该等离子体实际上是否是真正意义上的等离子体，或者是至少部分离子化的介质，或者是否只含有自由基或受激的原子或分子。
不管怎样，可以证实：该等离子体束对工件表面具有所希望的预处理作用。可将通常不能用水润湿的不同塑料表面置于等离子体束中。随后可用水将其润湿。据报道，借助等离子体束，也可清除金属表面的硅氧烷残留物等。用非贵金属例如铝进行的研究表明，等离子体束实际上不具有氧化作用，因此不能形成比本来就有的更厚的氧化物层。
在EP 1292176A2开头指出，用其中所要求保护的射束发生器产生的电中性等离子体束应适用于此。依此该等离子体束适于处理表面，例如在粘合、涂覆或上漆前，预处理并清洁表面，以进行涂覆、亲水化、除去电荷或无菌化，以及促进化学反应。虽然在EP 1292176A2中没有明确述及，但技术人员从列举的应用可能性可以推断出，借助等离子体束可以除去所有粘附在表面上的物质。
EP 0761415B1和EP 1292176A2都未显示出对技术人员提供以下建议的迹象，即，可用大气的低温等离子体对待焊接的镀锌钢板进行预处理。
这种应用也完全出乎申请人的意料，虽然她几年来将根据EP 1292176A2制得的射束发生器作为供应单元，以将其与机械装置一体化。根据现有技术中所述的应用可能性，将该射束发生器用于电学元件和线路的清洗装置中，以及用于活化塑料以改善其粘合性的装置中。
在一实验中，用等离子体束处理两个待以填充焊缝进行焊接的镀锌钢板的表面，该等离子体束例如用根据EP 1292176A2的射束发生器产生。具体地使用带有约5μm厚电镀沉积的锌层的钢板。作为处理气体，在一个实验中使用空气，在另一实验中使用氮气-氧气混合物。射束发生器的射束出口与钢板表面的距离为12mm±2mm，速度为80m/s±10mm/s。随后借助激光以技术人员已知的方式焊接两块钢板。例如采用Nd-YAG激光在使用功率最大为2.5kW时可产生很好的结果。
对于未预处理和根据本发明预处理过的钢板而言，在同样的工艺参数下，在焊接中出现的效果和焊接结果是不同的。
在焊接预处理过的钢板时，产生格外少的工艺蒸气。
所形成的焊缝有明显更好的焊缝表面，并具有明显更少的气孔和缺陷。此外，焊缝会较少起鳞皮。
正如所证实的，即使两个待焊接的钢板只有一个用等离子体束在打算焊接的表面区域(接合区)进行预处理，所形成的焊缝也有类似好的质量。
推测认为，等离子体束的作用使得锌层发生如下改变：锌层在较高的温度下才开始熔化。
在焊接镀锌钢板时，与改善焊接质量的已知的现有技术相比，根据本发明进行预处理具有以下优点：工艺、时间和材料的消耗更低，因此特别是在高度自动化的大批量生产中使用时是成本上有利的选择。
令人惊讶地发现，在铝板的情况下，用大气的低温等离子体对打算焊接结合的接合区进行表面处理，也会改善可焊性。

Claims (4)

1、一种改善镀锌钢板或铝板可焊性的方法，是通过对打算焊接结合的接合区的表面进行预处理而实现，其特征在于，将大气的、电中性的低温等离子体束对准该表面。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于，该等离子体是电点火的。
3、根据权利要求1的方法，其特征在于，使用空气作为产生等离子体的处理气体。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于，只对将要焊接在一起的镀锌板之一的表面进行预处理。
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