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1、指导教师评定成绩(五级制)：指导教师签字：附件C：译文远程激光焊接使镀锌钢板的边缘配置实现零缺口摘要：镀锌钢板的远程激光焊接技术对汽车行业来说是一个巨大的挑战，同时也提供了高潜力的灵活性和成本。在最先进的应用程序中,钢板板材中被加入有预设差距的重叠配置以保持锌蒸发的稳定性。这篇论文研究了没有预设差距和使加工过程稳定的因素的远程激光焊接钢板。呈现出了工艺参数对焊接质量和加工稳定性的影响。实验数据证明,通过毛细管和后熔池蒸发是锌的主要蒸发机制。化学分析热浸镀锌的锌涂层证明锌铁合金相比于纯锌作为中间介质，是这种机制有效性受限的原因。关键词：远程激光焊接、角焊接、零缺口、锌传输机制1、 简介远程激光焊
2、接是一种逐渐兴起的加入汽车行业技术。通常，主要使用镀锌钢板以防止车身受到腐蚀破坏。由于锌的沸点与钢相比相对较低,锌蒸发过程中产生的蒸气会扰乱加工过程区,导致飞溅和焊缝缺陷。因此了解锌蒸发机制是实现稳定的焊接加工过程的关键。在先进的远程激光焊接应用中预设加入物质之间的差距可用于稳定锌通过毛细管蒸发。这额外的流程步骤导致额外的成本,过程时间和再现性方面的问题。因此选使用有锌涂层的钢板是必要的的替代方法。克鲁普2003和P IETERS 2006实验证明,在边缘一圈配置没有焊接预设差距使得焊接过程稳定。至今没有一个完整的实验研究能够找出影响加工过程的主要参数,以及这些参数对焊缝质量和材料边缘加工的稳
3、定性的作用。同时在某种意义上的一个分析模型中,许多调查分析了重叠配置中的锌蒸发，只有少数调查研究关节角的机制。因此本文提出了一种有关边缘配置的锌焊接传输机制的实验研究和分析关系。研究了主要过程参数对焊缝质量和边缘加工过程稳定性的影响，提出了一个有关研究基本原则的模型。1.1基本信息如果焊接重叠配置，不同的调查车型提供了有关锌蒸发通过该处理区的机制。 K AEGELER2009对锌蒸发通过毛细管和通过后熔料池做了区分。实验研究和模拟显示，预设一个的超过50微米的差距，可以在毛细管熔膜前形成一个稳定的孔径，进而使锌蒸汽流稳定的通过毛细管孔径。锌在毛细管前的压力增加,直到它扩大爆炸。这扰乱了熔体流动
4、,导致飞溅和焊缝缺陷。2006 FABBRO提出了一种不同的模型，其中他描述了锌蒸气作为高压喷射，它贯通了前毛细血管壁。这可能在熔体池中形成干扰，从碰撞而导致锌喷射飞击后毛细血管壁。可以通过使锌喷射点向下并通过下部毛细管孔进行蒸发减小上述现象的发生。P AN2010支持这种模式，锌涂层厚于20m可以导致锌喷射压力更高，因此，通过扩大毛细管可以使锌持续不断的蒸发。K AEGELER2009年，P AN2012描述了第二个锌蒸发机制。由于等温线的特点，除了熔体池中的外，多余的锌蒸发出来。如果没有间隙存在于锌通过在熔体池的后部爆炸，这导致大的飞溅、蒸气膨胀、蒸发以及形成井喷孔。HESSE2008给出
5、了一个实验来验证这两个不同的锌蒸发机制的存在原因，在HESSE2008试样上的某些区域中的锌的位置被消除了。通过使用高速视频分析它结果表明，该焊接在重叠配置镀锌钢板具有零间隙的过程中动态起因于上述的两种不同的机制的叠加。只有少数调查，对镀锌钢板的边缘一圈配置进行激光焊接。GRUPP 2003提出了相对于光束定位于边缘和横梁倾斜度作为主要工艺参数的焊接圆角。在无涂层钢板得到令人满意的焊缝是通过依赖侧吹角度将激光光束定位在一个0.5mm左右的范围内实现的。由2006 PIETERS指导开展的后来研究把溅射作为主要的问题，这一问题可以在低的焊接速度下得到解决。分析横截面的显示锌积聚在下部片焊缝的旁边
6、。从这个事实可得出结论，认为在工艺区前的锌蒸气蒸发到边缘棉卷的自由侧并推动液体熔体外，因此它不能影响工艺区。由于没有进一步的实验证明这种假设提出这个额外的机制并不能说明所描述的飞溅，进一步调查是必要的。1.2实验步骤实验中使用了最大输出功率为6千瓦的y offb：y offAG纤维激光源。该束与扫描仪相结合使用，结果是形成了640微米的焦点直径和472毫米焦距。这一特性是专为焊接圆角而设计的，精确度达到了20m。夹子被气动启动，为按片提供300 N的力实现了零间隙。一个附加的空气流直压上片以减少金属蒸气和激光束之间的相互作用和消除从光源头的偏转发射飞溅。金属片用于实验有厚度dB = 0.8毫米
7、，热镀锌dx54与涂层厚度7和20M和涂层DC04。采用锌箔组成的99.99%纯锌厚度在25和70M为裸片之间的一种研究了纯锌对焊接过程的影响2工艺参数的实验分析。2.1束定位及倾斜的影响工件的激光定位和激光束横向倾斜角是影响焊缝几何结构的主要因素（参照图1）。如图1（左）光束定位y off垂直于焊接方向支配实现接合宽度和接缝轮廓。如果光束是定位更到下部的片材（y off关 +0.4mm时，表示的过渡为重叠配置。这种效果因激光束的横向倾斜角的增加而增大。焊缝要想具有超过80%的良好的接缝表面只能由角度40和yoff + 0.4毫米(见图1)。为了实现定量数据对这些不同机制的有效性,(2008H
8、ESSE)(见图9)。用于标本20m厚锌涂层是在特定区域删除激光烧蚀方法:一种是只有一个0.5毫米宽的锌涂层条纹的中线Yoff = + 0.25 mm和另一个，只有同样的条纹了。这允许分析彼此分离的影响可以借鉴的实验和结果高速视频图像如接缝图9所示,确认承担焊接在边缘一圈配置机制。图9(左)显示了一个稳定的熔池和毛细管蒸发通过毛细管和由此产生的焊缝表面非常光滑。毛细管上的前壁间隙很小，其中锌蒸汽喷射流导致飞溅在毛细管孔径。相比之下,图9(右)显示了一个焊缝质量不足产生的锌蒸发后熔池旁边。在固定的时间间隔喷发发生在恒定的距离的毛细血管，导致熔池的干扰。弹射后的剩余孔隙无法充满熔融材料由于粘度的增
9、加已经冷熔池凝固和减少时间。因此孔和孔留在焊缝和焊缝质量差的结果。基本原则为飞溅由于蒸发排放通过毛细管在 2011 weberpals描述。焊接边缘搭接结构，光束偏移Yoff成为影响飞溅量的主要因素。如图8所示（右）与光束偏移到上片的长度增加。随着Yoff锌喷射会造成更大的干扰，因为它在熔池中心后部造成更多冲击，在那里再熔融喷射和飞溅得到更长时间的加速。图10给出了一个更详细的了解蒸发槽后熔池。基于方程（1）。LZn和BZn计算焊接速度的依赖与高速视频图像的实验值比较。从这三个代表性的图片可以看到,焊接速度不断增加导致更大的爆发和毛细管之间的距离。焊接速度低于3米/分钟,旁边的锌熔池德加到毛细
10、血管,导致毛细管的完整不稳定。分析确定值LZn显示类似的特征。有趣的是,额外的蒸发锌熔池旁边BZn随着焊接速度下降。低焊接速度因此导致更大的爆发,但那些不会引起一定焊接质量不足,因为缺陷可以被稳定后熔池。图10 高速视频图像的喷发后熔池中不同焊接速度(左)。纯锌作为中间与镀锌涂LZnBZN、LZn的计算比较（右）。 (E = 29 J /毫米,yoff = + 0.2毫米,= 25,Df = 640m,dB = 0.8毫米)图11分解的锌运输机制通过不同的过程对焊缝表面质量的影响(左)和由于溅出物造成的重量损失 (右)。(E = 29 J /毫米,yoff = + 0.2毫米,= 25,Df
11、= 640m,dB = 0.8毫米,Lseam = 30毫米)。可以看出，通过毛细管蒸发导致只有很少的飞溅（20毫克，25毫米的长度）和很好的焊缝表面。相比之下,蒸发通过后熔池导致的三倍溅出物和焊缝质量不足。质量还是要优于一个完整的20M涂料的参考层。当在低LZn发生喷发，飞溅量的最大值产生于低的焊接速度。在这些位置金属蒸汽动力学中的毛细管的影响被放大。4.总结本文对影响工艺参数的远程激光焊接的角焊缝接头的试验研究，确定一个稳定的焊接过程的工艺窗口。它对基本的机制提供了新的认识，从而确定一个稳定的焊接过程的限制条件。如果焊接钢板有镀锌涂层，那么在毛细管的推进锌蒸发不占主导机制。扩散过程在导致电
12、镀导致铁锌合金比纯锌有更高的沸腾温度,因此部分涂层做直接蒸发毛细而不是提前蒸发。不过,纯锌箔作为一个中间的机制被证明是非常有效的。结果表明，激光光束的定位直接影响从毛细管发射的飞溅量和所得到的焊接接头的强度。定位公差实现焊缝具有良好的强度和少量飞溅是 0.2毫米。焊接速度对焊缝质量的影响是由于锌蒸发机制通过后熔池。实验证据表明，超过3米/分钟以上较高的焊接速度造成焊缝质量不足。分析解释随LZn的锌蒸气区域的最大宽度和毛细管之间距离增加的关系。在低的焊接速度产生强烈的飞溅表明导致额外的汽化锌在毛细管，在较低的焊接速度下出现最大值。结果表明稳定的远程激光焊接工艺零间隙圆角是可以实现的。利用其在工业
13、应用潜力,相对于激光光束定位，对焊缝跟踪扫描技术要求更高。2014oefele& Roos提出了流程工业实现的新方法。致谢：实验中，本文是在和宝马集团创新中心的研究和研究开发工作是由光子技术研究所支持。额外的感激属于Hlangrieger，A.kaipfA.巴赫曼参加了这项工作在最后的论文。参考文献：E. Beyer, 1995. Schweien mit Laser. Grundlagen. Berlin 1995: Springer-Verlag. ISBN: 3-540-52674-9.R. Fabbro; F. Coste; D. Goebels; M. Kielwasser, 200
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