一種基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于：步驟1、除去第一母材（1）和第二母材（3）上下表面上的雜質，用焊接夾具準確搭接并夾緊；步驟2、將真空罩（6）連接到激光焊接頭（7）上，真空罩可以在激光焊接頭上旋轉；步驟3、將激光焊接頭移動到工件上方，使真空罩與工件表面保持一定距離；步驟4、從真空罩的進氣口（8）供給一定壓力的壓縮空氣；步驟5、啟動激光焊接系統(tǒng)，激光束（4）垂直輻射工件上表面，完成焊接過程。在本發(fā)明中，通過簡易的氣旋式真空罩形成局部真空環(huán)境，降低了鍍鋅鋼板激光焊接時鋅等金屬蒸汽的蒸汽壓力，避免了大量熔融金屬向上噴射，產生飛濺、未熔合等缺陷。
【專利說明】
一種基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種激光焊接方法，尤其涉及一種鍍鋅鋼板的激光搭接焊接方法。
【背景技術】
[0002]由于鍍鋅鋼中鋅層的存在，使得鍍鋅鋼的焊接工藝性大大降低。原因是在鍍鋅鋼的焊接過程中，鍍層鋅和基體鋼物理特性的極大差異(鍍鋅層鋅的熔點是420 °C，沸點是907 °C，遠低于基體鐵的熔點是1300 °C)，鍍層鋅的氣化先于基體鋼的熔化。目前，鍍鋅鋼的主要焊接工藝有三種:電阻點焊、電弧焊和激光焊接。對電阻點焊而言，由于鍍鋅層的存在，焊接時電極易于鋅層合金化，降低電極的壽命。而采用電弧焊接鍍鋅鋼時，由于鋅的低沸點，在電弧剛接觸到鍍鋅層時，鋅迅速氣化，產生的鋅蒸氣向外噴射，很容易使焊接產生熔渣粒子、氣孔、飛濺、未熔合及裂紋等焊接缺陷，電弧的穩(wěn)定性也因此受到影響，焊接質量下降，同時焊接過程中還會產生大量煙霧粉塵。另外，由于電弧焊的焊縫寬度較大，且熱輸入量大，鍍層鋅的大量氣化降低了鍍鋅鋼焊縫處的抗腐蝕性能。鍍鋅鋼搭接接頭采用激光焊接時，同樣存在鍍鋅層的氣化，以及焊接氣孔、飛濺、未熔合等缺陷。為此，公開號為“CN102233481 B”、“CN 102120288 B”和“US8692152 B2”的發(fā)明專利公開了鍍鋅鋼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鍍鋅鋼板，在從激光照射點向后方延伸的熔融池內，形成細長孔，從而由激光照射產生的金屬蒸氣通過細長孔向激光行進方向后方并在朝向激光照射源的方向上排出，在一定程度上解決了激光焊接鍍鋅板搭接接頭焊縫飛濺、針孔和氣泡眼等焊接缺陷問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題:該方法中通過高功率激光和極快的焊接速度形成的細長小孔，實際焊接中難以控制，且高功率激光光源成本大幅提尚。
[0003]公開號為“CN 102451955 B”、“CN 101695790 B” 和 “JP61-74793A” 的發(fā)明專利公開了鍍鋅鋼板的激光搭接焊接方法，其中利用間隔物或者水平差距，在將經受搭接焊接的鍍鋅鋼板之間設置用于排出鋅蒸氣的間隙，在一定程度上解決了激光焊接鍍鋅板搭接接頭焊縫飛濺和氣孔等焊接缺陷問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題:該方法中通過預先設置搭接板之間的間隙，在實際操作中，難以保持一致的間隙，如此增加了激光焊接工藝參數的匹配選擇難度。
[0004]公開號為“US6479168 B2”、“US20080035615 Al”、“US7329828 B2” 和 “CN101508058 B”的發(fā)明專利公開了鍍鋅鋼板搭接激光焊接方法，其中在鋼板搭接面之間放置Cu、Α1、Ζη/Α1和Al-Sn等金屬箔，利用合金元素與鋅的冶金反應降低鋅蒸氣對焊接過程的影響，在一定程度上解決了激光焊接鍍鋅板搭接接頭焊縫飛濺和氣孔等焊接缺陷問題，但是該技術方案仍舊存在以下問題:預置金屬箔增加了工藝復雜性，且預置的合金元素會帶來新的焊接問題，如氧化、接頭軟化、耐蝕性降低等。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決目前鍍鋅鋼板搭接接頭激光焊接過程中鋅層劇烈蒸發(fā)，焊接過程極不穩(wěn)定，易出現焊接飛濺、未熔合等缺陷的問題。
[0006]本發(fā)明的技術方案是提供一種基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于。
[0007]步驟I:除去第一母材和第二母材上下表面上的雜質，用焊接夾具將第一母材和第二母材準確搭接并夾緊。
[0008]步驟2:將真空罩連接到激光焊接頭上，真空罩可以在激光焊接頭上旋轉，焊接噴嘴與真空罩距離工件表面的距離可調。
[0009]步驟3:將激光焊接頭移動到工件上方，使真空罩與工件表面保持一定距離h。
[0010]步驟4:從真空罩的進氣口供給干燥的壓縮空氣。
[0011 ]步驟5:啟動激光焊接系統(tǒng)，激光束垂直輻射工件上表面，完成焊接過程。
[0012]進一步地，在步驟I中，第一母材和第二母材在焊接夾具裝夾下緊密貼合，即搭接板間間隙為零。
[0013]進一步地，第一母材和第二母材板厚t為0.5 ~ 2 mm。
[0014]進一步地，在步驟2中，真空罩為氣旋式真空吸盤。
[0015]進一步地，在步驟3中，真空罩與工件表面之間距離h為0.5 mm?1.5 mm。
[0016]進一步地，在步驟4中，真空罩的供氣壓力為I bar?4 bar。
[0017]本發(fā)明的有益效果是。
[0018]I)在本發(fā)明中，通過簡易的氣旋式真空罩在激光焊接區(qū)域形成局部真空環(huán)境，此時相比于大氣環(huán)境，材料的沸點下降，因此當極高能量密度的激光作用在材料時金屬更容易汽化蒸發(fā)，一方面相比于大氣環(huán)境，會有更多的金屬熔化和汽化，另一方面金屬蒸汽的會比大氣環(huán)境下低。如此，激光焊接鍍鋅鋼板搭接接頭時，小孔內鋅等金屬蒸汽的蒸汽壓力較低，避免了大量熔融金屬向上噴射，產生飛濺、未熔合等缺陷。
[0019]2)在本發(fā)明提出的局部真空環(huán)境有助于抑制激光致等離子體的產生，避免了光致等離子體對入射激光的逆韌致吸收，從而在獲得同樣焊接深度的情況下，可以減小激光功率，降低成本。
[0020]3)采用本發(fā)明提供的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，實現了鍍鋅鋼板零間隙激光搭接焊接，大大較少了焊裝夾具的調整時間。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明所述的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法示意圖。
[0022]圖2是氣旋式真空罩的工作原理示意圖。
[0023]圖3是氣旋式真空罩俯視圖的示意圖。
[0024]其中:其中:1、第一母材，2、鍍鋅層，3、第二母材，4、激光束，5、焊接噴嘴，6、真空罩，7、焊接頭，8、真空罩供氣口，9、焊接小孔，10、焊接熔池，11、凝固的焊縫，12、真空罩噴嘴。
【具體實施方式】
[0025]以下將結合附圖1-3對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0026]如圖1所示，焊接工件為雙面鍍鋅的兩塊板材，安裝在焊接頭上的真空罩在激光焊接區(qū)域形成局部真空環(huán)境，激光焊接鍍鋅鋼板搭接接頭時，小孔內鋅等金屬蒸汽的蒸汽壓力較低，避免了大量熔融金屬向上噴射，產生飛濺、未熔合等缺陷，實現鍍鋅鋼板零間隙激光搭接焊接連接。
[0027]本發(fā)明的技術方案是提供一種基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于。
[0028]步驟1:除去第一母材I和第二母材3上下表面上的雜質，用焊接夾具將第一母材I和第二母材3準確搭接并夾緊。
[0029]步驟2:將真空罩6連接到激光焊接頭7上，真空罩6可以在激光焊接頭7上旋轉，焊接噴嘴5與真空罩6距離第二母材3表面的距離可調。
[0030]如圖2和3所示，氣旋式真空罩6工作時，由供氣口8進入的高壓氣體經噴嘴12射出后沿切向進入旋回流腔，在腔內作強回旋運動，由于離心力的作用，在真空罩6的腔內中心產生局部真空。
[0031]步驟3:將激光焊接頭7移動到工件上方，使真空罩6與第二母材3表面保持一定距離h0
[0032]如圖1所不，真空罩6與第二母材3表面之間距離h為0.5 mm?1.5 mm。
[0033]步驟4:從真空罩6的進氣口8供給干燥的壓縮空氣，供氣壓力為Ibar?4 bar。
[0034]步驟5:啟動激光焊接系統(tǒng)，激光束4垂直輻射第二母材3上表面，完成焊接過程。
[0035]在該實施例中，第一母材I和第二母材3板厚為0.5 mm ~ 2 mm。
[0036]在該實施例中，激光束為CO2激光或NcUYAG激光或半導體激光，激光功率為2kff?
4kW，焊接速度為0.5 m/min?3 m/min，激光束聚焦焦距為150 mm?300 mm，離焦量為+3mm ~ -2 mm，無需保護氣體。
【主權項】
1.一種基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于: 步驟1:除去第一母材(I)和第二母材(3)上下表面上的雜質，用焊接夾具將第一母材(I)和第二母材(3)準確搭接并夾緊； 步驟2:將真空罩(6)連接到激光焊接頭(7)上，真空罩(6)可以在激光焊接頭(7)上旋轉，焊接噴嘴(5)與真空罩(6)距離工件表面的距離可調； 步驟3:將激光焊接頭(7)移動到工件上方，使真空罩(6)與工件表面保持一定距離； 步驟4:從真空罩(6)的進氣口(8)供給干燥的壓縮空氣； 步驟5:啟動激光焊接系統(tǒng)，激光束(4)垂直輻射工件上表面，完成焊接過程。2.根據權利要求1所述的基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于:步驟I中，第一母材和第二母材搭接接頭板間間隙為零。3.根據權利要求1所述的基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于:在步驟2中，真空罩為氣旋式真空吸盤。4.根據權利要求1所述的基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于:在步驟3中，真空罩與工件表面之間距離為0.5 mm?1.5 mm。5.根據權利要求1所述的基于局部真空氣氛的鍍鋅鋼板激光搭接焊接方法，其特征在于:在步驟4中，真空罩的供氣壓力為I bar?4 bar。
【文檔編號】B23K37/04GK106064278SQ201610536818
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】張明軍
【申請人】長沙理工大學