專利名稱：一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法。
背景技術(shù)：
燒結(jié)NdFeB永磁體極易發(fā)生晶間富Nd相腐蝕而使合金材料粉化，因此使用NdFeB 永磁體需要采取一定的表面防腐技術(shù)。電鍍鋅技術(shù)在工件表面鍍上的鍍鋅層不但具有物理屏蔽作用，而且對(duì)基體還起到了電化學(xué)保護(hù)作用，使其具有良好的抗腐蝕性能。同時(shí)，由于該技術(shù)生產(chǎn)效率高、成本低而被廣泛應(yīng)用于燒結(jié)NdFeB永磁體的表面防腐處理。一些鋼板為了防腐蝕和氧化，也經(jīng)常在表面鍍上一層鋅或以鋅為主的合金。然而，由于鋅的沸點(diǎn)低(906°C )，在對(duì)鍍鋅工件實(shí)施搭接焊時(shí)，工件接觸面的鋅將會(huì)蒸發(fā)而產(chǎn)生鋅蒸汽。如果熔池中鋅蒸汽未能在熔池金屬凝固之前逸出，將在接頭中形成大的氣孔。同時(shí)鋅蒸汽會(huì)攪動(dòng)熔池，造成熔池金屬飛濺，從而削弱接頭連接強(qiáng)度(如圖2所示)°目前，為了控制鍍鋅件搭接焊過程中的鋅氣孔，采用以下幾種措施(1)采用特別設(shè)計(jì)的工裝夾具或利用表面凸起，使得工件之間存在間隙，讓鋅蒸汽能從間隙中排出。雖然這種方法能在一定程度上減少接頭中的鋅氣孔，但是由于所需的排氣間隙通常通過放置墊片或通過沖壓、壓花和激光沖擊等方法在工件表面形成小凸起，因此增加了生產(chǎn)工序和成本。此外，此方法會(huì)造成焊后焊接結(jié)構(gòu)的尺寸發(fā)生變化，從而影響焊接精度。(2)在工件的待焊處預(yù)先機(jī)械除鋅或采用“先焊后鍍”的工藝。機(jī)械除鋅可以完全避免產(chǎn)生鋅蒸汽，但是焊接接頭由于缺少鍍鋅層的保護(hù)極易發(fā)生腐蝕，從而降低工件使用壽命。而“先焊后鍍”工藝適用范圍有限，對(duì)于一些復(fù)雜零件的生產(chǎn)，此工藝會(huì)使工序變得繁雜，增加了生產(chǎn)成本。(3)在搭接面或熔池中添加某種物質(zhì)，使該物質(zhì)在鋅汽化前能與鋅產(chǎn)生化合反應(yīng)， 形成穩(wěn)定的化合物，以抑制鋅氣孔。有學(xué)者通過將氧氣同惰性氣體混合起來作為保護(hù)氣，或者將氧化鐵粉末預(yù)先涂覆在鍍鋅試樣表面，焊接過程中氧化鐵分解出氧氣，使氧氣與鍍鋅層中的鋅反應(yīng)生成不易汽化的氧化鋅或過氧化鋅。這種方法在某種程度上有效，但是氧氣進(jìn)入熔池后不僅與鋅反應(yīng)，還會(huì)同其他元素反應(yīng)，這會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成不利的影響。也有學(xué)者在激光焊接鍍鋅板時(shí)向熔池中注射金屬粉末銅，或在搭接面上放置銅箔或銅鍍層，希望銅與鋅在焊接中互溶并冷卻凝固后形成合金，以減少鋅氣孔。但是，銅的熔點(diǎn)是1083°C，高于鋅的沸點(diǎn)，在焊接中，鋅在與銅反應(yīng)之前就蒸發(fā)了，而且，銅作為中間層還會(huì)引發(fā)凝固裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)無法有效控制鋅氣孔、接頭強(qiáng)度低、工序復(fù)雜、成本高、焊接精度低及耐腐蝕性差等缺點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行1)焊接前，采用物理氣相沉積方法在鍍鋅NdFeB永磁體工件待焊的接觸面上，或者在鍍鋅低碳鋼工件待焊的接觸面上，或者在兩者各自的待焊的接觸面上沉積1 10 μ m 厚的Al膜；2)將鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼的待焊的接觸面搭接，并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上，進(jìn)行激光焊接。本發(fā)明所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述物理氣相沉積方法采用中頻交流磁控濺射的物理氣相沉積方法或真空蒸發(fā)鍍膜的物理氣相沉積方法。本發(fā)明所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述激光器為Nd:YAG固體激光器。本發(fā)明所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接的激光束從低碳鋼一側(cè)入射。本發(fā)明所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接采用激光縫焊或激光點(diǎn)焊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明方法采用沉積AI膜跟Si反應(yīng)，減少了 Si的蒸發(fā)，從而降低了焊接接頭中的鋅氣孔，同時(shí)減少了焊接過程中的飛濺，使得焊接接頭的剪切強(qiáng)度大幅提高；采用物理氣相沉積技術(shù)可批量沉積Al膜，生產(chǎn)效率高，成本低；&1-A1復(fù)合鍍層耐腐蝕性好，工件使用壽命長。


圖1為焊前分別在鍍鋅NdFeB永磁體和鍍鋅低碳鋼各自待焊的接觸面上沉積Al 膜的激光點(diǎn)焊實(shí)施例示意圖。圖2為焊前分別在鍍鋅NdFeB永磁體和鍍鋅低碳鋼各自待焊的接觸面上沉積Al 膜的激光點(diǎn)焊的焊后接頭截面金相組織照片。圖3為焊前分別在鍍鋅NdFeB永磁體和鍍鋅低碳鋼各自待焊的接觸面上沉積Al 膜的激光點(diǎn)焊的焊后接頭截面金相組織照片。圖4為焊前在鍍鋅NdFeB永磁體待焊的接觸面上沉積Al膜，而鍍鋅低碳鋼待焊的接觸面上不沉積Al膜的激光縫焊實(shí)施例示意圖。圖5為焊前在鍍鋅低碳鋼待焊的接觸面上沉積Al膜，而鍍鋅NdFeB永磁體待焊的接觸面上不沉積Al膜的激光縫焊實(shí)施例示意圖。圖1至圖5中，符號(hào)說明如下1-激光束；2-透鏡；3-低碳鋼；4-NdFeB永磁體；5-鍍Si層；6-A1膜；7_焊點(diǎn)；8_鋅氣孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)、完整的說明本發(fā)明提供的一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其工藝步驟如下1)焊接前，采用物理氣相沉積方法在鍍鋅NdFeB永磁體工件待焊的接觸面上，或者在鍍鋅低碳鋼工件待焊的接觸面上，或者在兩者各自的待焊的接觸面上沉積1 10 μ m 厚的Al膜；2)將鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼的待焊的接觸面搭接，并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上，進(jìn)行激光焊接。本發(fā)明所述的物理氣相沉積方法采用中頻交流磁控濺射的物理氣相沉積方法或真空蒸發(fā)鍍膜的物理氣相沉積方法。本發(fā)明所述的激光器為Nd:YAG固體激光器。本發(fā)明所述的激光焊接的激光束從低碳鋼一側(cè)入射。本發(fā)明所述的激光焊接采用激光縫焊或激光點(diǎn) yfcp O本發(fā)明提出的鍍鋅NdFeB永磁體與低碳鋼激光搭接焊中鋅氣孔的控制方法是采用化學(xué)冶金方法，利用Al的熔點(diǎn)(660°C )比Si的沸點(diǎn)(906°C )低的特點(diǎn)，在激光束的照射下，熔融的Al和Si形成Al-Si合金，減少了 Si的蒸發(fā)，從而有效地控制了熔池中的鋅氣孔。采用中頻交流磁控濺射技術(shù)和真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在兩個(gè)工件各自待焊的接觸面上分別沉積Al膜。其中中頻交流磁控濺射技術(shù)適用于沉積厚度較大的Al膜，而真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)適用于質(zhì)量較小、易在磁場(chǎng)作用下被吸附到濺射靶材上的工件上沉積Al膜。實(shí)施例1如圖1所示，鍍鋅燒結(jié)NdFeB永磁體4和鍍鋅普通品質(zhì)的冷軋低碳鋼3，尺寸分別為7. 5mmX 3. 5mmX0. 7mm和7. 5mmX 3. 5mmX0. 3mm，其中鍍鋅層5厚度均約為5 μ m。采用中頻交流磁控濺射技術(shù)在鍍鋅NdFeB永磁體4待焊的接觸面上沉積Al膜，厚度約為7 μ m ； 采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在鍍鋅低碳鋼3待焊的接觸面上沉積Al膜，厚度約為1 μ m ；將鍍鋅NdFeB永磁體4與鍍鋅低碳鋼3的待焊面搭接并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上；采用 JK300HP型Nd:YAG固體激光器進(jìn)行激光點(diǎn)焊，激光器參數(shù)為脈沖峰值功率為812. 5w，脈沖寬度為16ms，離焦量為Omm ；采用Ar氣作為保護(hù)氣，激光束1從低碳鋼3 —側(cè)入射。經(jīng)檢測(cè)焊前分別在NdFeB永磁體4和低碳鋼3各自待焊的接觸面上沉積Al膜的待焊零件，其焊接過程中飛濺明顯減少；如圖2、3所示，焊后不變形，焊接精度高，所得焊點(diǎn) 7中的鋅氣孔8得到了較大的改善，同時(shí)接頭的剪切強(qiáng)度提高了近一倍。實(shí)施例2如圖4所示，鍍鋅燒結(jié)NdFeB永磁體4和鍍鋅普通品質(zhì)的冷軋低碳鋼3，尺寸分別為7. 5mmX 3. 5mmX0. 7mm和7. 5mmX 3. 5mmX0. 3mm，其中鍍鋅層5厚度均約為5 μ m。采用中頻交流磁控濺射技術(shù)在鍍鋅NdFeB永磁體4待焊的接觸面上沉積Al膜6，厚度約為5 μ m, 鍍鋅低碳鋼3表面不沉積Al膜；將鍍鋅NdFeB永磁體4與鍍鋅低碳鋼3的待焊面搭接并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上；采用JK300HP型Nd:YAG固體激光器進(jìn)行激光縫焊，激光器參數(shù)為脈沖峰值功率為812. 5w，脈沖寬度為16ms，離焦量為Omm ；采用Ar氣作為保護(hù)氣，激光束1從低碳鋼3 —側(cè)入射。
經(jīng)檢測(cè)焊前在NdFeB永磁體4待焊的接觸面上沉積Al膜6，而低碳鋼3待焊的接觸面上不沉積Al膜的待焊零件，其焊接過程中飛濺明顯減少；焊后不變形，焊接精度高， 所得焊點(diǎn)中的鋅氣孔得到了較大的改善，同時(shí)接頭的剪切強(qiáng)度提高了近一倍。實(shí)施例3 如圖5所示，鍍鋅燒結(jié)NdFeB永磁體4和鍍鋅普通品質(zhì)的冷軋低碳鋼3，尺寸分別為7. 5mmX 3. 5mmX0. 7mm和7. 5mmX 3. 5mmX0. 3mm，其中鍍鋅層5厚度均約為5 μ m。采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)在鍍鋅低碳鋼3待焊的接觸面上沉積Al膜6，厚度約為1 μ m,鍍鋅NdFeB 永磁體4待焊的接觸面上不沉積Al膜；將鍍鋅NdFeB永磁體4與鍍鋅低碳鋼3的待焊面搭接并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上；采用JK300HP型Nd:YAG固體激光器進(jìn)行激光縫焊，激光器參數(shù)為脈沖峰值功率為812. 5w，脈沖寬度為16ms，離焦量為Omm ；采用Ar氣作為保護(hù)氣，激光束1從低碳鋼3 —側(cè)入射。 經(jīng)檢測(cè)焊前在鍍鋅低碳鋼3待焊的接觸面上沉積Al膜6，而鍍鋅NdFeB永磁體待焊的接觸面上不沉積Al膜的待焊零件，其焊接過程中飛濺明顯減少；焊后不變形，焊接精度高，所得焊點(diǎn)中的鋅氣孔得到了較大的改善，同時(shí)接頭的剪切強(qiáng)度提高了近一倍。
權(quán)利要求
1.一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于該方法按如下步驟進(jìn)行1)焊接前，采用物理氣相沉積方法在鍍鋅NdFeB永磁體工件待焊的接觸面上，或者在鍍鋅低碳鋼工件待焊的接觸面上，或者在兩者各自待焊的接觸面上沉積1 10 μ m厚的Al 膜；2)將鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼的待焊的接觸面搭接，并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上，進(jìn)行激光焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述物理氣相沉積方法采用中頻交流磁控濺射的物理氣相沉積方法或真空蒸發(fā)鍍膜的物理氣相沉積方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述激光器為Nd:YAG固體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接的激光束從低碳鋼一側(cè)入射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接采用激光縫焊或激光點(diǎn)焊。
全文摘要
一種鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼激光搭接焊方法，屬于激光焊接技術(shù)領(lǐng)域，焊接前，采用物理氣相沉積技術(shù)在鍍鋅NdFeB永磁體工件待焊的接觸面上，或者在鍍鋅低碳鋼工件待焊的接觸面上，或者在兩者各自的接觸面上沉積1～10μm厚的Al膜；將鍍鋅NdFeB永磁體與鍍鋅低碳鋼的待焊面搭接并用夾具固定在激光器工作臺(tái)上；調(diào)節(jié)激光參數(shù)，進(jìn)行激光焊接。焊接過程中沉積的Al膜跟Zn反應(yīng)，減少了Zn的蒸發(fā)，從而降低了焊接接頭中的鋅氣孔，同時(shí)減少了焊接過程中的飛濺，使得焊接接頭的剪切強(qiáng)度大幅提高；采用物理氣相沉積技術(shù)可批量沉積Al膜，生產(chǎn)效率高，成本低；Zn-Al復(fù)合鍍層耐腐蝕性好，工件使用壽命長。
文檔編號(hào)B23K103/18GK102179626SQ201110107899
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者伊晨暉, 常保華, 張驊, 白少俊, 都東 申請(qǐng)人:清華大學(xué)