镀锌钢激光焊接锌烧损研究

　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
　　实验过程采用搭接焊，正交试验选取激光焊接过程中对焊接质量有较大影响的4个因素，分别是激光功率、焊接速度、离焦量、辅助气体流量（注：采用Ar气），每个因素各取4个水平，其焊接水平因素表如表2所示，实验参数表如表3所示，实验过程中采集光致等离子体信号谱线.
　　2实验结果及分析
　　实验前，首先分析了锌的烧损量与镀锌层烧损宽度的相关性.锌的烧损宽度采用体式显微镜测量焊缝两侧平行于焊缝中心线的两条白色烧损线间的宽度；焊后锌含量采用电子探针显微分析仪进行中间层锌元素含量扫描后获取.如图2所示，上、下层锌的烧损宽度与焊后试件锌的含量正相关，因而可以用上、下层锌的烧损宽度来描述焊后试件锌的烧损量[7].
　　2.1焊接工艺参数对锌烧损的影响
　　照射到工件表面的激光辐照功率密度是否达到锌汽化的阈值将决定锌的烧损宽度[8].以上、下层锌烧损宽度及腐蚀后增重千分比为分析依据，其影响锌烧损因素主次顺序为：焊接速度、激光功率、辅助气体流量、离焦量，优水平为激光功率1400W，焊接速度25mm/s，离焦量-1mm，辅助气体流量25L/min.研究结果表明：上述4个焊接工艺参数中，辅助气体流量对锌烧损的影响最小.
　　2.1.1焊接速度对锌烧损的影响

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