[发明专利]熔化极气体保护的焊接装置及用于镀金属材料的焊接方法

说明书

本发明公开了一种熔化极气体保护的焊接装置及用于镀金属材料的焊接方法，该焊接装置包含：用于输入补偿电弧周围气氛环境的第一气体的第一管路；用于输入保护熔池的第二气体的第二管路；及，保护罩组件，其包含具有进口和出口的保护罩壳体、将保护罩壳体隔开的隔板，该隔板将保护罩壳体分隔出第一空腔、第二空腔，该第一空腔用于输入第一气体，该第二空腔用于输入第二气体。本发明的焊接装置和工艺通过在电弧周围上方通入第一气体保护以及在熔池上方通入第二气体保护，焊接速度可高达1.4m/min‑1.8m/min，提高了焊接生产率，并较好地抑制了镀金属材料焊接接头气孔、飞溅问题；且与常规激光焊接工艺相比，可采用普通碳钢焊丝以及普通脉冲焊接设备，成本大幅降低。

技术领域

本发明涉及一种焊接装置及工艺，具体涉及一种熔化极气体保护的焊接 装置及用于镀金属材料的焊接方法，主要用于汽车制造工业以改善镀锌板高 速焊接的焊接质量。

背景技术

目前，如何减轻汽车重量、如何改善汽车长期质量一直是汽车工业急需 解决的两大挑战。为了克服上述挑战，汽车生产商一直追寻强度更高、厚度 更薄的镀锌钢板。

然而，镀锌板具有较差的焊接性。由于金属锌的沸点大约在906℃而钢 的熔点大约在1500℃。焊接时，钢的焊接温度远远超过锌的沸点，从而将产 生大量的高压金属锌蒸气。如果这些金属蒸气不能被正确的释放，这些蒸气 将残留在焊缝金属中引起气孔等焊接缺陷。该焊接缺陷将降低焊缝接头的机 械性能。

图1A-1C为用于汽车制造常用的焊接接头：图1A为对接接头，图1B 为T型角接头，图1C为搭接接头。

对于图1A的对接接头，左边的母材试板6和右边的母材试板7都为镀 锌钢板。当焊接镀锌钢板时，来自试板表面的镀锌层1蒸发并释放到空气中。 对接接头2的根部区域3很少有镀锌层，因此气孔等焊接缺陷很难发生在对 接接头中。

对于图1B的T型角焊缝，腹板4和翼板5为镀锌试板。翼板上表面的 部分镀锌层包含在T型角焊缝2的根部区域3。如果接头根部间隙t过小， 锌蒸气无法完全释放到外部，部分锌蒸气将保留在焊缝2内部，形成焊接缺 陷。

与对接接头和T型角接头相比，镀锌板搭接接头的焊接性较差。如图1C 所示，搭接接头上翼板8和下翼板9为镀锌钢板。焊接时，镀锌层1的金属 锌蒸发并且锌蒸气将从接头根部区域3释放并通过熔池逃离到外部。对于搭 接接头根部区域3，包含两部分镀锌层1。分别为上翼板8下表面的镀锌层和 下翼板9上表面的镀锌层。因此需要有更多的锌蒸气通过根部区域3逃离到 外部。若根部间隙t较小，过多的锌蒸气无法逃脱将残留在焊缝根部形成焊 接缺陷。

因此如何解决镀锌钢板搭接接头的焊接缺陷问题一直是汽车工业面对的 挑战。另外，对于搭接接头而言，随着搭接接头根部间隙t的减小，气孔现 象变得更加明显。

在熔化焊工艺方法中，熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding，简称 GMAW)，非熔化极气体保护焊(Gas Tungsten Arc Welding，简称GTAW)， 激光焊(Laser BeamWelding，简称LBW)是最为常用且重要的方法。虽然 这些焊接方法都有其独特的优势和特点，但熔化极气体保护焊(在活性或惰 性气体保护氛围下，电弧产生于焊丝和工件之间)是用于生产汽车部件最为 普通的一种焊接方法。它的优势在于高效、灵活、成本低和易于机器人自动 化焊接。

之前采用熔化极气体保护焊方法用于减小镀锌板焊接气孔问题的方法主 要分为以下几种：

1)在镀锌板焊接之前，将焊接区域的镀锌层机械加工或打磨掉。但采用 此方法，将降低汽车生产企业的焊接生产率。