激光焊接高强度镀锌钢板的耐蚀性研究

V01．36SupplcⅡlent

红外与激光工程

In胁似l锄d

Laser

2007年6月

Jun．2007

Engin∞血g

激光焊接高强度镀锌钢板的耐蚀性研究

伍强L2，陈根余2，龚金科2，李力钧2

(1．广东技术师范学院机电系，广东广州510635；

2．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙410082)

摘要：热浸镀锌层是汽车车身用高强度镀锌钢板具有良好的耐蚀性能的保证。激光焊接高强度镀锌钢板时，镀锌层不可避免地遭到烧损。采用浓度为3％的盐水，对不同激光工艺参数的焊接件进行了腐蚀试验。研究结果表明，在不同工艺参数的条件下，激光焊接高强度镀锌钢板接头的腐蚀速度不同，但平均速度与母材的腐蚀速度大体相当。

关键词：激光技术；

激光焊接；

高强度镀锌钢；

接头的耐蚀陛

中图分类号：TG456．7文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)一0384．04

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Laser

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O引言在汽车车身薄板的焊接方面，激光焊接因具有明

显的技术优势而逐步取代传统的焊接方式p巧J。

汽车的轻量化是降低油耗的主要途径之一，因而也

是减少尾气排放的最有效对策，由此极大地促进了高强

度钢板的制造及应用技术的进步【l】。随着环境因素的恶化，如工业污染、太阳辐射、道路石击、海洋性空气和

但是，激光焊接时，接头附近的镀锌层不可避免

地被烧损，材料的防护层遭到破坏，焊接件的耐蚀性

能将面临严峻的挑战，然而，目前关于激光焊接车身用高强度镀锌钢板耐蚀性的文献并不多见。

在车身用高强度镀锌钢板激光焊接试验的基础上，对焊接接头的耐蚀性能作了试验研究，为激光焊

北方地区冬季道路防滑盐的使用等因素，都加速了汽车车体的腐蚀。在此背景下，具有优良的抗腐蚀性能的高强度镀锌钢板则成为汽车车身的主要用材【2】。

收藕日期t

200r7Ⅲ6-13

接高强度镀锌钢板的应用与研究奠定基础。

t盒疆目：国家自然科学基金资助项目(50575070)

作●■介伍强(1967-)，男，湖北荆州人，博士生，主要从事激光加工技术的研究．E肌Iil：硼|qi柚92∞∞@163．跚

增干Ij伍强等：激光焊接高强度镀锌钢板的耐蚀性研究

385

1激光焊接的试验条件及焊接方法

试验所用的激光器为自制的PHC．1500折叠式准封离型C02激光器，连续输出的激光模式为1EM01，光束发散半角口为1111I硼，焦深z约3mm，聚焦透镜为焦距厂等于127mm的硒化锌透镜，聚焦前的光束

直径为28咖，焦斑直径为O．42mm。

焊接材料是瑞典ssAB钢板有限公司生产的汽

车专用高强度热浸镀锌冷轧钢板(DoQ虬800

试验用的工件尺寸为100

DP)，

图1焊接试验装置F置g．1

E)咂啦mI；mal

set-up

抗拉强度为800～950MPa。材料的化学成分见表l。

mm×30衄×1．5mm，对接

焊接方式。为减少焊接缺陷，焊前用丙酮清洗焊接部位。实验装置原理示意图如图1所示。

采用自制的夹具固定工件，以保证工件的焊缝均

匀平整，对接焊缝焊前的间隙被控制在0．10衄以

内。采用舡气作为焊接保护气体和等离子体控制气，

焦点设置在试件的上表面接缝处，激光焊接的工艺参

表1试验材料的化学成分(％)

Tab．1

aterials(％)Composi廿onoftestedm

数如表2所示。焊接得到的焊件的焊缝均匀平整，外

观质量良好，沿垂直于焊缝方向切割焊接工件，制作

腐蚀试样1#、2#进行腐蚀试验。

表2激光焊接试验的工艺参数

Tab．2

Processing

par锄eter

of

l嬲erwelding

2激光焊接接头的耐蚀性试验

2．1试验样品

试验样品号为1#、2#和3#，待腐蚀试件的属性如表3所示，其中3#试样为高强度镀锌钢母材，以作腐蚀对比分析。

2．2实验方法

高强度镀锌钢板激光焊接接头的腐蚀试验的步骤如下：

(1)表面处理

先把样品用金相砂纸打磨掉表面的锈蚀产物，露

出基体表面。去除一边的焊接氧化皮。用丙酮清洗样

表3试样的特性

Tab．3

品表面多次，并在蒸馏水中超声清洗15min，取出烘

Propeni髑ofthet髑t

s锄ple

干。

(2)盐水溶液的配制称取6．185

2．1ll

4

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2．176712．5x9．5

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2．1154

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的NaCl水溶液，pH值为7．0。

(3)浸泡

13×11．511×lO

nan删ere_Iding靶锄

we眦ess

把上述经表面处理的样片，浸泡在第二步所制备的盐水溶液中，以七天为一个周期，即浸泡1天，晾

386

红外与激光工程：先进激光技术发展与应用第36卷

干6天，干湿比为6：1。2．3实验结果

本实验的观察结果分为5级，具体如下：(0)完

好，无白色沉淀及其他附着物；(1)有少量白色沉淀

物生成；(2)大量白色沉淀物生成，且有逸出；(3)有较小面积黄色锈迹生成(或点蚀)；(4)有较大面

积(大于1／3)锈迹生成(局部变黄)；(5)大面积锈

蚀。试件腐蚀记录如表4所示。表5为实验样品的质量变化情况。

表4试验的腐蚀试验记录

Tab．4

Corrosionrecordofthesamples

表5腐蚀试样的质量变化

Tab．5

Weiglltchangeofthesampl姻

3激光焊接接头的耐蚀性分析与讨论

锌是一种柔软、低强度的金属，在自然环境下，

特别在大气环境中，其化学性能稳定。图2说明锌在不同PH值的水溶液中的腐蚀变化情况【6】。图2显示，与铁相比，PH值在4～12的范围内，锌的耐腐蚀性能十分优良。在工业大气环境，锌的腐蚀速率大约在

15

m／a，而在海洋和洁净的农村大气环境，其腐蚀速

率仅为上述工业大气的1／5左右。

锌的另一个特点是其电化学保护性能。锌电极的

标准电位为一o．736v(S脏)，当镀在钢铁制品上时，

是一种阳极性镀层，可以对钢铁基体实现牺牲性阳极保护。激光焊接高强度镀锌钢的焊缝表面狭窄，由于激光的辐照而使其表面的镀锌层部分蒸发，显露在基

体表面，但因为锌的上述电化学性能，仍能对这些裸

露的焊缝部位进行有效的保护，使之在较长时间内不

会严重腐蚀。

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力

图2在不同的PH值的溶液中锌、铝、铁的腐

蚀性比较

Fig．2

ConDsivity

c伽叩撕sion

of

Zn，舢，Fe

inn尬

v暑耐edPHwatcrsolution

金属腐蚀程度的大小，根据腐蚀破坏形式的不同，有各种不同的评定方法。对于全面腐蚀来说，通常用平均腐蚀速度来衡量。失重法就是根据腐蚀后试

样质量的减少量来评定腐蚀速度的一种方法，即：

，。一，‰一啊

、

喉2专产

(1)

式中：魄为腐蚀速度，∥m2h；慨为试样腐蚀前的质

量，g；m1为试样清除腐蚀产物后的质量，g；s为试样表面积，m2；f为腐蚀时间，h。

由式(1)计算得到1#、2#腐蚀试件及母材O#的腐蚀速度如表6所示。

表6试样的腐蚀率

Tab．6

Corrosionrateofthesampl鹤

表6显示，激光焊接高强度镀锌钢的工艺参数不同，焊接得到的试件的腐蚀速度不同。1#试件的腐蚀速度高于3#母材，2#试件的腐蚀速度低于母材，

两者的均值与母材的腐蚀速度大体相当。图3为试件腐蚀前后的金相图。尽管腐蚀后的照片被znCl2，zn(oH)2或NaCl等白色结晶物挡住，但可以看出腐蚀试验6周后，试件表面仅有较小面积黄色锈迹生成

(或点蚀)，而且焊接试件的腐蚀情况和母材一样，

增刊伍强等：激光焊接高强度镀锌钢板的耐蚀性研究

387

即焊缝没有改变材料的抗腐蚀性能。

图3

焊缝腐蚀前后的照面Fig．3

PicnⅡesofwelded

se锄mer柚dbeforecorrosion

4结论

Dogal800D

P高强度热浸镀锌冷轧钢板，因其上下表面镀锌层的保护而具有良好的抗腐蚀性能。盐水

腐蚀试验表明，激光焊接高强度镀锌钢板的工艺参数

不同，焊接件的腐蚀速度不同，试件腐蚀速度的平均

值与母材的腐蚀速度大体相当。激光焊接高强度镀锌钢板焊缝的耐蚀性能满足生产的要求。参考文献：

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