摘要：紹了采用Nd:YAG激光器在鍍鋅板填絲焊接中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和加工機(jī)理，分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。工藝試驗(yàn)證明填絲激光釬焊在合適的條件下，可以獲得成形好、缺陷較少且性能合格的接頭。 引言 鍍鋅鋼板廣泛應(yīng)用于汽車車身及家電制造業(yè)。用熱鍍或電鍍工藝產(chǎn)生的鋅層隔絕基層鋼板與空氣、水份等的接觸，并優(yōu)先電解保護(hù)鋼板，以增強(qiáng)產(chǎn)品使用過程中的抗腐蝕性。同時(shí)，由于基層鋼板和鍍鋅層兩者截然不同的物理及機(jī)械特性，鍍鋅鋼板的焊接容易產(chǎn)生過熱、飛濺及影響電弧穩(wěn)定性的鋅蒸汽等問題。在應(yīng)用中，電阻點(diǎn)焊是鍍鋅鋼板最常見的焊接方法。除上述問題外，電阻點(diǎn)焊還有電極頭使用壽命等技術(shù)難題。 近些年來，激光束焊接作為一種替代電阻點(diǎn)焊的工藝手段，受到人們的廣泛關(guān)注。以搭接焊結(jié)構(gòu)為例，激光束焊接相對(duì)電阻點(diǎn)焊而言具有單面加工、搭邊量?。ㄙ|(zhì)量減輕）、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加、無電極磨損現(xiàn)象、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、非接觸式加工、焊接速度快、焊接變形小等特點(diǎn)。 工業(yè)上用于焊接的激光器主要為二氧化碳激光器和Nd:YAG激光器。近年來出現(xiàn)了適合于材料加工的大功率Nd:YAG激光器。由于Nd:YAG激光器產(chǎn)生的激光可以有效地利用光纖傳輸，在板材結(jié)構(gòu)件地焊接中逐步得到了推廣應(yīng)用。 近年來，許多學(xué)者對(duì)鍍鋅鋼板地激光焊接進(jìn)行了研究，提出了不同地工藝手段，在此介紹采用Nd:YAG激光器在鍍鋅板填絲焊接中地實(shí)驗(yàn)研究情況。 1.焊接機(jī)理 早在1984 年，一些學(xué)者就開始對(duì)激光填料焊接工藝進(jìn)行了研究，當(dāng)時(shí)是為了解決激光對(duì)焊存在的一些問題。國內(nèi)也有學(xué)者采用二氧化碳激光器對(duì)填絲激光焊進(jìn)行過研究，但多采用開坡口對(duì)接接頭形式。對(duì)于鍍鋅板的角接填絲釬焊，尤其是采用Nd:YAG激光器為熱源的激光工藝研究，尚未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)的報(bào)道，我們對(duì)此進(jìn)行了試驗(yàn)。如圖1所示，激光填絲釬焊與常規(guī)“掃描”方式不一樣，聚焦光束首先照射在焊絲表面上，對(duì)焊絲加熱使其充分熔化形成高溫金屬熔體，流入熔體在合適的激光加熱條件下，使之與工件間形成良好的冶金結(jié)合，在界面層中主要生成均勻的固溶體及共晶組織。總而言之，工件間的連接是通過釬焊層實(shí)現(xiàn)的，而母材本身不應(yīng)被激光嚴(yán)重熔蝕損傷。 2 實(shí)驗(yàn)過程 2.1 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)采用材料與汽車制造用材料一致。試件用剪床剪成100mm×30mm，連續(xù)熱鍍鋅低碳非合金鋼板厚0.7mm，鍍鋅量100克每平米。釬焊焊絲采用￠0.8mm的銅硅合金焊絲。焊絲具有良好的挺直性。 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)采用日本IHI公司3KW Nd:YAG激光器(光纖傳輸)，ABB公司六軸工業(yè)機(jī)器人，焊接時(shí)用氬氣作為保護(hù)氣。 2.3 實(shí)驗(yàn)過程 如圖1所示，試件用臺(tái)鉗夾緊，將焊絲平放在V型槽中，實(shí)驗(yàn)過程中沿激光束輸出方向采用氬氣吹送保護(hù)。 2.4 焊接參數(shù) 焊接工藝參數(shù)見表1激光填絲焊接中，焦點(diǎn)位置在焊絲表面上方2mm處，其中約80％的光束照射在焊絲上，20％照射于附近鍍鋅板上。試驗(yàn)表明：焊絲能夠熔化并浸潤鍍鋅鋼板，成形良好。 2.5焊縫外觀 焊縫外觀見圖2。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊絲可以充分熔化，并浸潤焊縫。焊縫外表面圓滑平順，無氣孔、裂紋和咬邊等缺陷。 2.6 焊縫金相組織 通過打磨、拋光、腐蝕后，獲得試樣顯微金相照片見圖3。顯微觀察激光釬焊試樣，發(fā)現(xiàn)母材和釬料熔體間產(chǎn)生的金屬間相層，降低了接頭的機(jī)械性能。工業(yè)用途鍍鋅板材料的釬焊，若金屬間相層小于10微米，則認(rèn)為是可行的。 3 討論 a 激光填絲釬焊是常規(guī)激光焊接工藝的擴(kuò)展，它綜合了激光焊接和填料釬焊的優(yōu)點(diǎn)，可以降低激光焊接對(duì)接頭裝夾精度、激光功率、激光聚焦性能的嚴(yán)格要求。在改善焊縫冶金性能、實(shí)現(xiàn)異種材料焊接等方面有應(yīng)用空間。本試驗(yàn)中的激光釬焊采用焊絲預(yù)置方法，達(dá)到了預(yù)期效果。實(shí)際應(yīng)用中宜采用自動(dòng)送絲，這樣，影響因素如送絲角度、送絲速度、激光功率分配等參數(shù)就更多更復(fù)雜，有待進(jìn)一步的深入研究。 b 大功率Nd:YAG激光器的問世，為材料焊接提供了一條新的途徑。Nd:YAG激光器產(chǎn)生的激光通過光纜傳輸，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人，可以組成一個(gè)柔性的焊接單元，更有利于全位置焊縫的焊接。由于鍍鋅板鋅元素的存在，激光輸出光束模式好、聚焦斑點(diǎn)較? ⒔咕嘟銑さ拇蠊β蔔d:YAG激光器尤其適合鍍鋅鋼板的焊接，一方面它對(duì)鋅層的燒損最小，同時(shí)還可以將鋅蒸汽對(duì)聚焦鏡頭的污染程度減低到最? Ｔ諂抵圃煲抵校釧考す馇ズ縛梢勻〈車氖止せ鷓媲ズ?，还可译s糜誄瞪磯ジ怯氬轡У暮附櫻環(huán)矯嫣岣吡誦?，同时取代了后续涂胶工艺，綑n土松殺盡? c 以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還需利用掃描電鏡（SEM）和X射線能譜分析（EDS）方法觀察焊縫區(qū)域各部位的釬料－母材間的潤濕鋪展及冶金交互作用情況，并有待進(jìn)一步深入研究。 d對(duì)于工業(yè)推廣，鍍鋅板的激光釬焊還要進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)、耐蝕實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證過程。