基于局部负压方式零间隙镀锌钢板激光搭接焊的研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shenbin880109
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镀锌钢板因其具有优良的耐腐性性能而广泛用于汽车车身的制造,而大功率激光焊接技术也以其高质量,高速度,以及无接触柔性加工而越来越受到汽车制造商的亲睐,有逐渐取代车身电阻点焊的趋势。然而镀锌钢板由于其表层锌的沸点(907℃)远低于钢的熔点(1530℃),零间隙激光搭接焊过程中导致搭接面产生大量高温高压锌蒸汽,这些锌蒸汽如不能顺畅逸出则造成孔洞、气孔和飞溅等严重焊接缺陷。目前普遍应用的方式是焊接时上下两板冲压成特殊的搭接接头形式而预留一定的间隙,以利于锌蒸汽的逸出,而该方法会增加一道加工工序,从而增加成本。针对镀锌钢板激光搭接焊存在的问题,本文提出一种在焊缝上方提供负压环境以此促进高温高压锌蒸汽从小孔逸出的方法焊接镀锌钢板。研究这种方式对热镀锌钢板零间隙激光搭接焊工艺性能的影响,通过试验获得无缺陷焊缝并得到使焊缝成形最佳的工艺参数范围。试验过程借助高速摄像等设备对焊接过程中的等离子体,熔池及小孔进行在线观察,利用测温热电偶实现对焊接过程温度的测量,并采用X-射线同步光源检测焊缝残余锌元素的分布。试验同时研究搭接接头的金相组织和显微硬度,对不同工艺条件下的搭接接头进行了相关力学性能的测试。利用Fluent软件模拟焊缝上方气流的分布状态以及等离子体在侧吸作用下的行为。研究结果发现,采用侧吸方式能够获得基本无缺陷的搭接焊缝,焊缝内部组织无气孔,裂纹等缺陷,组织性能较好,搭接焊缝强度能够达到使用要求。该条件下最佳的工艺参数为激光功率3.4kW,焊接速度2.4m/min,焊接方向为激光在前且气嘴作用位置为激光光斑作用点上方。研究发现焊接过程由于采用侧吸的方式而大大降低了焊缝区残留的锌元素,说明侧吸方式能够加速锌从熔池和小孔逸出。高速摄像观察结果发现采用侧吸方式时等离子体变得十分稳定,小孔也基本保持张开的状态。通过Fluent软件模拟结果显示在气嘴出口附近会产生一定区域范围内的负压环境,对等离子体的模拟结果与通过高速摄像拍到的等离子体有很高的吻合度。通过工艺试验,高速摄像以及焊缝区锌元素扫描结果的分析,本文认为采用侧吸的方法加速了锌蒸汽及孔内金属蒸汽迅速的从小孔逃脱从而保证了小孔的通畅性和稳定性。小孔在零间隙镀锌钢板激光搭接焊过程中扮演了锌蒸汽通道的作用。
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