蔣文祥，黎興寶，2，史主德，2，吳許祥，2，王 成，2，施海濤，2，周正信，陳 銳，2

（1.江蘇亞威機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225200；2.江蘇省金屬板材智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 揚(yáng)州 225200）

0 引言

鍍鋅板的鍍鋅層不但有良好的導(dǎo)電性，而且有優(yōu)秀的保護(hù)作用，鍍鋅板良好的抗腐蝕性能使得其在多個(gè)領(lǐng)域受到歡迎，包括建筑、輕工、汽車(chē)、農(nóng)牧漁業(yè)等。然而鍍鋅板中鋅層的存在，使得鍍鋅板的焊接有很大局限性。鍍鋅板焊接中，鍍鋅層和內(nèi)部鋼物理性能存在非常大的差異（鋼的熔點(diǎn)1300℃，沸點(diǎn)2861℃，鍍鋅層熔點(diǎn)420℃，沸點(diǎn)908℃[1]）極易產(chǎn)生氣孔、飛濺、間隙過(guò)大，焊接后成形不良等。

激光焊接屬于高能束焊接技術(shù)，具有能量密度高、熱變形小、焊縫深寬比大、焊接速度快、鍍鋅層損耗小等特點(diǎn)，非常適于精密焊接。激光填絲焊接能有效抑制鍍鋅板氣孔的產(chǎn)生及拼接中存在的間隙問(wèn)題。

激光擺動(dòng)填絲焊接是一種新型的激光焊接方法，目前已在板材拼焊、提高焊件裝配間隙的容忍性等方面取得了較好應(yīng)用，但是對(duì)擺動(dòng)填絲對(duì)鍍鋅板焊接研究很少提及。本文以1.5mm 鍍鋅板為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了在不同間隙下鍍鋅板最優(yōu)工藝參數(shù)及形貌。

1 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

鍍鋅鋼板尺寸為50mm×100mm，其主要成分含量如表1 所示。

表1 鍍鋅鋼板主要成分含量表

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

安川GP25，OSPRI LDW400擺動(dòng)焊接頭（75/200），PRIMA 4000W 光纖激光器芯徑100μ，萬(wàn)順興送絲控制系統(tǒng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)前期確定優(yōu)化的焊接參量，焊接速率V=1.2m/min，離焦量=0mm，擺動(dòng)光斑為圓形光斑，擺動(dòng)大?。▓A形光斑直徑）=1.5mm，擺動(dòng)速度（擺動(dòng)頻率和幅度）=150mm/s，MG50-6 鐵絲絲徑1.2mm。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用高純氬氣（99.999%）保護(hù)，其流量為25L/min。通過(guò)依次改變激光擺動(dòng)填絲焊接參量（板材間隙、激光功率、送絲速度）來(lái)研究其對(duì)鍍鋅板成形的影響，并按所得規(guī)律選取最優(yōu)工藝參量進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)所得焊縫進(jìn)行焊接成形形貌和宏觀微觀金相分析等手段進(jìn)行分析

定義氣孔率P 為焊縫截面氣孔面積A 與截面總面積的比值S，即：

使用金相軟件AxioVision LE64、處理自動(dòng)計(jì)算焊縫截面氣孔率。實(shí)驗(yàn)中均用此方法來(lái)定量測(cè)量并比較焊縫氣孔率。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 不同功率對(duì)鍍鋅板成形及氣孔的影響

固定板材間隙0.3mm 送絲速度25mm/s，用不同焊接功率（1800W、2000W、2200W、2400W）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖1 為不同焊接功率下表面形貌對(duì)比圖，鍍鋅板的焊接功率越高擺動(dòng)的激光束對(duì)熔池不斷地?cái)嚢?，熔池流?dòng)速率增大，熔池越深。從圖中我們可以看出當(dāng)功率達(dá)到2400W 左右時(shí)激光熔池太深出現(xiàn)明顯的咬邊，2000W 左右時(shí)功率和焊絲有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，成形飽滿，表面無(wú)明顯氣孔。

圖1 不同功率下焊縫正面形貌圖

2.2 不同間隙對(duì)鍍鋅板成形及氣孔的影響

固定激光功率2000W，送絲速度25mm/s，用（0.3mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm）拼接間隙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖2 為不同拼接間隙下表面形貌對(duì)比圖，當(dāng)激光擺動(dòng)填絲焊接其他因素不變，原本飽滿光滑的良好成形，會(huì)隨著間隙不斷變大焊絲無(wú)法飽滿覆蓋鍍鋅板的焊接面，成形焊接面凸出程度漸漸減小，達(dá)到1.0mm 間隙時(shí)出現(xiàn)咬邊凹陷現(xiàn)象。激光擺動(dòng)填絲時(shí)間隙越大其需要的焊絲越多，以此來(lái)保證焊接成形時(shí)良好的形貌，在間隙不斷變化過(guò)程中鍍鋅板表面形貌無(wú)飛濺和氣孔。

圖2 不同間隙下焊縫正面形貌圖

2.3 不同送絲速度對(duì)鍍鋅板成形及氣孔的影響

固定間隙0.8mm，激光功率2200W，用不同送絲速度（25mm/s、30 mm/s、35 mm/s、45 mm/s）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖3 為不同拼接間隙下表面形貌對(duì)比圖，當(dāng)功率和拼接間隙固定時(shí)，送絲速度慢，焊接材料成形難看，存在明顯凹陷，達(dá)不到激光填絲焊接優(yōu)勢(shì)；增加送絲速度，在焊接時(shí)與母材相融，焊接后形成良好成形焊縫無(wú)氣孔。

圖3 不同送絲速度下焊縫正面形貌圖

2.4 鍍鋅板焊接在不同間隙下最優(yōu)功率和送絲速度參數(shù)（圖4）

圖4 不同拼接間隙下最優(yōu)工藝參數(shù)及形貌

圖4 為不同拼接間隙下最優(yōu)工藝參數(shù)及形貌，從表面形貌和金相分析看出激光擺動(dòng)填絲焊接不僅解決了拼接中存在的間隙問(wèn)題使其形成良好的焊接形貌和熔池而且對(duì)鍍鋅板焊接會(huì)產(chǎn)生氣孔問(wèn)題得到很好的解決。圖5 是最優(yōu)參數(shù)深寬比，當(dāng)深寬比達(dá)到85%～95%時(shí)，其成形較好。

圖5 較優(yōu)參數(shù)深寬比

3 結(jié)論

（1）激光擺動(dòng)填絲焊接在2000～2200W 時(shí)1.5mm鍍鋅板會(huì)有個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，其不會(huì)因送絲速度變化而出現(xiàn)太大變化。

（2）激光擺動(dòng)填絲焊接間隙慢慢變大其需要熔入的焊絲越多，焊絲多少影響成形效果，太多可能產(chǎn)生堆積無(wú)法熔化，太少會(huì)產(chǎn)生凹陷。

（3）功率、間隙、和送絲速度相匹配的情況下，其深寬比可以達(dá)到85%～95%，鍍鋅板激光擺動(dòng)填絲焊接成形好、熔深高焊接強(qiáng)度強(qiáng)、無(wú)凹陷?？梢詼p少后續(xù)加工打磨時(shí)間，甚至不用處理。通過(guò)金相圖我們明顯看到鍍鋅板致命弱點(diǎn)氣孔問(wèn)題得到很大改善，基本達(dá)到無(wú)氣孔。