一种车用镀锌钢板叠接焊接方法与流程

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种车用镀锌钢板叠接焊接方法。

背景技术

镀锌钢众多的优良性能，尤其是其优良的防腐蚀性能和经济效益，使得其在现代工业生产中占有非常重要的地位。各种类型的镀锌板材在汽车制造、建筑、通风和供热设施以及家具制造等领域得到广泛的应用。

然而，因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。镀锌钢叠接接头采用激光焊接时，同样存在镀锌层的气化，以及表面飞溅、焊接气孔等缺陷。

为此，公开号为“cn102233481b”、“cn102120288b”和“us8692152b2”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切割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“cn102451955b”、“cn101695790b”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“us6479168b2”、“us20080035615a1”、“us7329828b2”和“cn101508058b”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。

技术实现要素：

本发明的目的是解决车用镀锌钢板叠接接头激光焊接过程中锌层剧烈蒸发，焊接过程极不稳定，易出现焊接表面飞溅、气孔等焊接缺陷的问题。

1、本发明提供一种车用镀锌钢板叠接焊接方法，包括如下步骤：

步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件与第二工件，在第二工件冲压形成一条通透的窄缝，除去第一工件和第二工件上下表面和窄缝的杂质。

步骤2：将第一工件和第二工件准确叠接并夹紧。

步骤3：提供第三工件，除去第三工件上下表面的杂质，并置于第二工件的正上方。

步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器、传输光纤、激光切割头、机械手、固定支架，激光发生器通过传输光纤与激光切割头相连。

步骤5：提供气柱喷枪，气柱喷枪固定于激光切割头的固定支架上。

步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆压合于第一工件的下表面。

步骤7：启动激光切割系统，激光切割头聚焦形成的激光束垂直辐照第三工件上表面。

步骤8：启动气柱喷枪，气柱喷枪喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴。

步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝中铺展。

步骤10：激光切割头移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件厚度为0.5~1.5mm，第二工件厚度为0.5~1.0mm。

在其中一实施例中，步骤1中，第一工件和第二工件均为车用镀锌钢板。

在其中一实施例中，步骤1中，窄缝的宽度d为0.5~1.2mm。

在其中一实施例中，步骤1中，窄缝形状与焊接轨迹保持一致。

在其中一实施例中，步骤3中，第三工件厚度为1.0~2.0mm。

在其中一实施例中，步骤3中，第三工件为与第一工件和第二工件同基材的钢板。

在其中一实施例中，步骤3中，第二工件上表面与第三工件下表面的垂直距离h为5~15mm。

在其中一实施例中，步骤4中，激光切割系统中，激光切割头聚焦形成的激光束功率大于4kw，切割速度为1~10m/min。

在其中一实施例中，步骤5中，气柱喷枪与激光切割头喷嘴相距δ为3~5mm。

在其中一实施例中，步骤7中，激光切割头的运动轨迹与焊缝轨迹保持一致。

在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

在其中一实施例中，步骤8中，气柱喷枪喷射的气体压力为0.5～10kpa。

附图说明

图1是本发明实施例一种车用镀锌钢板叠接焊接方法的设备与母材布置示意图。

图2是图1所示方法中车用镀锌钢板叠接焊接纵截面示意图。

图3是图1所示方法中窄缝横截面示意图。

其中：1-第一工件，2-镀锌层，3-第二工件，4-窄缝，5-第三工件，6-激光发生器，7-传输光纤，8-激光束，9-激光切割头，10-机械手，11-固定支架，12-气柱喷枪，13-切割缝，14-金属熔滴，15-焊缝，16-超声变幅杆，17-切割前沿。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1-3所示，本发明实施例提供了一种车用镀锌钢板叠接焊接方法包括如下步骤：

步骤1：提供需要叠接焊接的第一工件1与第二工件3，在第二工件3冲压形成一条通透的窄缝4，除去第一工件1和第二工件3上下表面和窄缝4的杂质；

可选的，第一工件1厚度为0.5~1.5mm，第二工件3厚度为0.5~1.0mm。

可选的，窄缝4的宽度d为0.5~1.2mm。

步骤2：将第一工件1和第二工件3准确叠接并夹紧。

步骤3：提供第三工件5，除去第三工件5上下表面的杂质，并置于第二工件3的正上方。

可选的，第三工件5厚度为1.0~2.0mm。

可选的，第三工件5为与第一工件1和第二工件3同基材的钢板。

可选的，第二工件3上表面与第三工件5下表面的垂直距离h为5~15mm。

步骤4：提供激光切割系统，激光切割系统具有激光发生器6、传输光纤7、激光切割头9、机械手10、固定支架11，激光发生器通过传输光纤7与激光切割头9相连。

可选的，激光切割系统中，激光切割头9聚焦形成的激光束8功率大于4kw，切割速度为3~10m/min。

步骤5：提供气柱喷枪12，气柱喷枪12固定于激光切割头9的固定支架11上。

可选的，气柱喷枪12喷嘴与激光切割头9相距δ为3~5mm。

步骤6：提供超声振动装置，超声变幅杆16压合于第一工件1的下表面。

步骤7：启动激光切割系统，激光切割头9聚焦形成的激光束8垂直辐照第三工件5上表面。

可选的，激光切割头9的运动轨迹与焊缝15轨迹保持一致。

步骤8：启动气柱喷枪12，气柱喷枪12喷射惰性气体作用于激光切割形成的金属熔滴14。

可选的，气柱喷枪12喷射的气体为加热的惰性气体，如氩气。

可选的，气柱喷枪12喷射的气体压力为0.5～10kpa。

步骤9：启动超声波发生装置，调节超声波频率，在超声高频振动下熔融金属在窄缝4中铺展。

步骤10：激光切割头9移动到终点位置，关闭激光切割系统，关闭气柱喷枪12，保持超声波振动1~2分钟，完成焊接过程。

在本发明中，利用高能量激光束8切割第三工件5得到金属熔滴14，金属熔滴14向下运动，落入第二工件3窄缝4中，金属熔滴14通过热传导模式与第一工件1实现冶金结合，并填满窄缝4，实现第一工件1和第二工件3的焊接连接，避免了激光焊接时激光直接作用在叠接接头处，锌层剧烈蒸发而干扰熔池，大幅度提高镀锌钢板焊接过程的稳定性，有效抑制镀锌钢板焊接时表面飞溅、气孔等焊接缺陷。

在本发明中，利用高能量激光束8切割第三工件5得到金属熔滴14，金属熔滴14向下运动，气柱喷枪12喷射的高压惰性气体冲击金属熔滴14，使金属熔滴14快速准确落入窄缝4中，促使熔融金属迅速铺展，避免凝聚成块造成焊缝裂纹。