镀锌钢激光焊接锌烧损研究

摘要：锌烧损是镀锌钢板激光焊接过程中的关键问题之一.本文通过测量焊后上下层锌烧损宽度、中间层锌的相对含量及腐蚀前后增重比，实验研究了激光搭接焊接工艺参数与焊接过程中光致等离子体谱线信息与锌烧损的相关性.研究结果表明：锌烧损的主要影响工艺因素主次顺序为焊接速度、激光功率、辅助气体流量和离焦量；锌的烧损量随着锌谱线ZnI328.2nm和ZnI330.3nm的平均强度的增大而增大；气孔因镀层锌的蒸发而产生，直径越大，局域锌元素含量越高.锌谱线强度可用于在线监测镀锌钢激光焊接时气孔的产生及锌烧损量的动态变化.

　　关键词：激光焊接；锌烧损；镀锌钢；等离子体；气孔
　
　　镀锌钢板以其极高的强度和优良的耐腐蚀性能大量应用于汽车制造行业.激光焊接具有焊缝窄而平滑、强度高、成形性好和焊件变形小等特点[1-3]，因此镀锌钢激光焊接成为现代汽车制造的关键技术.激光焊接的高能量密度会引起镀层锌的大量烧损而降低接头的耐腐蚀性能.同时，锌的剧烈蒸发还将引起气孔、飞溅和塌陷等焊接缺陷[4-5].因此，激光焊接工艺参数对锌烧损影响的研究及焊接过程锌烧损的实时监测问题尤为重要.等离子作为激光深熔焊接中存在的物理现象，与锌烧损等焊接问题存在重要关联.本文探究了镀锌钢激光焊接时的锌谱线ZnI328.2nm及ZnI330.3nm与锌烧损的关系，为锌烧损的实时监测提供理论依据.
　　1实验条件
　　1.1实验材料
　　实验材料为宝钢生产的高强度冷轧热镀锌双相钢板B340/590DPD+Z，材料化学成分的质量分数见表1，其抗拉强度σb≥590MPa，屈服强度σs≥340MPa.该材料具有良好的冲压性能，因为镀锌，防腐性能优越，可用于车身各种结构件、加强件和防撞件等.实验试件尺寸为100mm×30mm×1.2mm的平板件.实验中自制的简易焊接夹具夹紧试件，为了尽可能避免油污影响焊接质量，焊前用丙酮清洗焊接部位，去除油污.
　　1.2实验装置及设备
　　实验采用的激光器是德国ROFIN生产的DC025型板条式CO2激光器，激光波长为10.6μm，最大输出功率P=2500W，连续输出的激光模式为TEM00，光束发散半角α<0.15mrad，光束质量K>0.9，采用焦距f=200mm的铜抛物反射镜聚焦，光束聚焦后的焦斑直径为0.4mm；焊接机床为湖南大学激光研究所与上海团结普瑞玛公司共同开发的SESAMO型数控三维五轴激光切割焊接机床.光谱采集系统采用美国PrincetonInstruments公司生产的SpectraPro2356型光谱仪.为了提高测量精度和方便光谱信号的后处理分析，本试验选择分辨率为0.05nm，1200g/mm的光栅.采用光纤探测组件接受光信号并将光信号传输给光谱仪.光纤探测头固定装置采用二位电动位移平台.实验示意图如图1.
　　焊后采用型号为JXA8230的电子探针显微分析仪对焊缝元素进行半定量的线扫描分析（日本进口的电子探针显微分析仪（ElectronProbeMicroAnalyzer，EPMA））.
　　1.3实验方案