项目名称 高效、高适应性激光焊接
服务单位 现代焊接生产技术国家重点实验室激光加工基础与工程研究室
邮政编码 150001
单位网址 http://weld.hit.edu.cn/~lpt/member/Teacher.htm
联 系 人 研究室
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项目简介
激光钎焊 
大量镀锌板材应用在汽车生产及家电制造业等领域。但由于锌的熔点约为420℃,气化温度为906℃,电弧等热源刚一接触到镀锌板,镀锌层就挥发了。锌的挥发会导致气孔、未熔合及裂纹等诸多缺陷并且锌蒸气可导致电弧的不稳定性,大量锌的挥发还会使母材的防腐蚀能力下降。汽车制造业中常采用MIG钎焊进行镀锌板的焊接,依靠MIG钎焊的低热输入来解决镀锌层大量烧损所带来的问题。但是,MIG钎焊也有其自身的局限性,高速焊接与小电流下电弧的不稳定性限制了它的效率和接头质量,对于外观要求较高的焊缝需要花费大量时间处理,降低了生产效率。另一方面,MIG钎焊过程烟雾与灰尘较大,影响工作环境。与之相比,激光钎焊更具有优势: 
(1) 焊接速度高,易实现自动化;
(2) 可精确调节热输入,控制钎料的铺展;
(3) 可焊接复杂的几何形状;
(4) 热输入低,镀锌层烧损少;
(5) 焊缝成型好、质量稳定,焊后仅需简单处理甚至无需处理。
镀锌板的激光填丝钎焊作为一种新的焊接技术,已经应用于汽车的车身生产中。本研究在对单光束激光钎焊进行研究的基础上,针对实际激光钎焊过程中激光加热迅速、光斑直径较小,容易导致钎料与母材相互作用时间较短、焊接过程对钎焊工艺要求严格、工艺的适应性较低的缺点,提出双光束钎焊技术,并对其工艺特性及接头界面行为进行了全面研究。在对工艺进行研究的基础上,对单、双光束激光钎焊过程进行了数值模拟分析。 
汽车后箱盖的激光钎焊   双光束激光钎焊示意图
1.激光钎焊工艺 
双光束激光钎焊熔化焊丝所需要的激光功率阈值比单光束低,对功率变化的适应性更好。双束激光并列排布降低了对送丝精度的要求,但钎缝表面成形差。相比而言,串行排列的双光束钎焊对激光功率有更大的适应性,对母材镀锌层的保护效果更好,且延长加热时间,有助于改善钎缝表面,双焦点间距在2mm左右,前束光能量略大有利于获得较好的钎缝质量。负离焦时激光对母材的加热范围更宽,接头填充更为饱满。
与卷对接接头相比,对接和搭接需要钎料有更好的润湿性,对焊接参数要求更严格。 
(a)单光束激光钎焊      (b)双光束激光钎焊
卷对接接头的激光钎焊 
对接与搭接接头的激光钎焊 
钎料熔化铺展过程     功率过高产生的飞溅现象    
激光钎焊过程
2.钎缝界面行为分析 
单光束激光钎焊,接头部位母材完全转变为粗大的铁素体组织;双光束激光钎焊,仅有界面局部区域母材发生转变,其他部分保留了细小的铁素铁晶粒。在钎缝发现有颗粒状金属间化合物分布其中,金属间化合物主要由Fe、Si组成,为FeSi,也参有部分Cu、Zn元素。 
单光束钎焊的钎缝组  双光束钎焊的钎缝组织    
颗粒状金属间化合物
钎缝微观组织
钎缝界面处发现有少量铁向液态钎料中溶解,微量铜向母材扩散,钎料中活性元素硅与锰在母材中均匀分布,无向<
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