預處理要焊接的鍍鋅鋼板或鋁板的方法
2023-09-22 06:45:35
專利名稱：預處理要焊接的鍍鋅鋼板或鋁板的方法
技術領域：
本發明涉及一種預處理要焊接，特別是雷射焊接的鍍鋅鋼板或鋁板的方法。在鍍鋅鋼板情況下，還應理解成是這樣的鋼板，該鋼板鍍覆的保護層只具有鋅成分。在此特別涉及鋅-鋁、鋅-鎳合金或者有機材料，例如鋅粉漆或摻鋅的塑料。
已知在焊接鍍鋅鋼板時，如果沒有採取額外的措施，焊縫區域就會出現質量問題。由於鋅在比鋼板明顯更低的溫度下就開始熔化並氣化，因此在焊縫周圍形成氣孔和缺陷。這導致焊縫不足的強度和緊密性不夠、焊縫的易受腐蝕性和劣化的焊縫形狀。
現有技術公開了很多種不同的措施，試圖改善所形成的焊縫的質量。
在EP 0527229B1中描述了一種雷射焊接的方法，特別是焊接鍍鋅鋼板，該方法在焊接過程中使用了一種在焊接前由氧氣和別的氣體形成的混合輔助氣體。
氧氣與鋅結合併形成抑制鋅的氣化的氧化鋅和過氧化鋅，也就是說固體，由此應形成明顯更少的氣孔。
在EP 0446677B1中公開了一種可焊性得到改善的鍍鋅鋼板的製備方法，該方法在鋼板表面沉積鋅層前，在鋼板表面上塗覆一種具有某一碳含量的鐵/碳層。
該文描述的現有技術通過兩份日本專利申請得到了確定，在這兩份日本專利申請中，鍍鋅鋼板的可焊性各通過在鍍鋅表面上形成氧化膜而得到改善。
對於JP 60-063394和JP 02-004983中描述的鍍鋅鋼板，該氧化膜通過熱浸漬進行塗覆。
EP 0446677B1的作者解釋到，在鍍鋅鋼板上形成一種氧化膜的方法由於在大工業規模上得不到滿意的結果，因而迄今來說是失敗的。
鍍鋅鋼板特別用於汽車車身、工業容器和家用器具的殼體。
特別是由於塗覆在鋼板上的鍍層良好的粘合以及其耐腐蝕性，因此鍍鋅鋼板的使用尤其是在汽車工業中持續上升。於競爭者在產品質量及其技術標準方面幾乎沒有區別的這一行業中，競爭主要取決於生產成本。由於要生產的件數極多，因此對於時間和材料利用方面很微小的節省都很重要。因此縮短製造汽車的生產周期是永恆的目標，這可能例如通過代替以時間上更快進行的方法以及避免工藝上必需的停頓時間而達船。此外，力求使製造過程必需的設備技術儘可能少的保養，並且是結實耐用的。最終還通過節省使用助劑而使生產成本降低。
以這些著眼點觀察現有技術的描述所給出的解決方案，可以認識到，為了能夠滿足質量要求即不形成氣孔並且在焊縫周圍保持鋅層的方式焊接鍍鋅鋼板，總是需要相當大的花費。
在雷射焊接過程中使用輔助氣體(EP 0446677B1)要求特製的焊接燒嘴，利用該焊接燒嘴一般使氣流與雷射束同軸地到達工件。與不用輔助氣體的雷射焊接裝置不同，在此必須採用附加技術措施來供應氣體並抽出氣體。
另一所述方案採用額外的塗覆層。該層因工藝限制總是在整個表面進行塗覆，這也意味著在根本不作為隨後焊接結合的接合面的表面區域也塗覆。因此用於塗層的材料使用比實際所需的起作用部分多出幾倍。除此以外，例如熱浸漬需要必不可少的冷卻和乾燥時間。
根據DE 10135611A1中現有技術的描述，為了減少塗層材料的蒸發，常常使用昂貴的特殊電極，該電極通常以降低的焊接電流操作。然而由此可能會損害焊接結合的機械承載能力，並減小相應生產裝置的生產能力。
在另一方法中涉及一種特殊的結構性措施，用來使所形成的工藝蒸氣能夠無妨礙地逸出。
不同於該現有技術，DE 10135611A1要求保護的方案提出，將防腐蝕層(鋅層)部分刮除或者大大減少。為了除去焊縫區域(接合區)的鋅層，適合使用一種小型化的噴砂器，例如其用在牙醫中以除去牙垢。為了避免周圍表面的汙染，並對噴砂物料進行再次利用，採用了一種抽吸的措施，例如使用一種負壓噴砂裝置。
明確證實，該方法還特別適於利用雷射的焊接，以及特別是在車身形成中，於預處理後用負壓噴砂裝置程序性地焊接在接口中堆疊在一起的車身鋼板的表面。
作為合適的噴砂劑可提及礦物剛玉。也可考慮玻璃、鹽類、純鹼、磨碎的堅果殼、冰或乾冰，後種物質具有這樣的優點，即沒有殘留的噴砂劑需要去除。與現有技術相比，採用DE 10135611A1要求保護的方法不具有對於腐蝕性的不利作用，因為焊縫區域的鋅層無論如何不會蒸發。
為了改善由易於氧化的金屬(其傾向形成妨礙焊接過程的表面層)形成的導電工件的可焊性，在DE 19927557A1中提供一種方法，即產生高頻的電弧放電，其躍過表面，並且在隨機分布的點處使得妨礙性的表面層穿孔和部分被蒸發。
本發明的任務是，尋找合適的措施來改善鍍鋅鋼板的可焊性，該措施要求儘可能低的工藝、時間以及材料的消耗。
對於根據權利要求1前序部分的方法，該任務通過如下實現將大氣的(atmosphrisch)、低溫等離子體束對準錶面。
從屬權利要求中給出了有利的實施方案。
大氣的低溫等離子體在表面處理中的應用本身並非是新穎的。
在EP0761415B1中提供一種用液體提高工件表面可潤溼性的方法，該方法中，通過在加入工作氣體時的等離子體放電，產生一束反應性介質，並經過待處理的表面。不同於現有技術已知的產生等離子體的方法，該用於表面處理的等離子體具有相對低的溫度，因此甚至不會損害到敏感的表面。該方法適合處理導電的和不導電的工件，特別是由塑料形成的工件。
在EP 0761415B1中描述了一種可生產適於方法實施的大氣的低溫等離子體的射束髮生器，其使用不可傳送的電弧對塑料進行預處理。與在如EP 1292176A2中所描述的射束髮生器一樣，用於產生等離子體而形成的電弧不傳送到工件上。為了得到離開射束髮生器的等離子體束的物理和化學性質，已進行了實驗，在EP 0761415B1中報導了其結果。
照此看來並不清楚，該等離子體實際上是否是真正意義上的等離子體，或者是至少部分離子化的介質，或者是否只含有自由基或受激的原子或分子。
不管怎樣，可以證實該等離子體束對工件表面具有所希望的預處理作用。可將通常不能用水潤溼的不同塑料表面置於等離子體束中。隨後可用水將其潤溼。據報導，藉助等離子體束，也可清除金屬表面的矽氧烷殘留物等。用非貴金屬例如鋁進行的研究表明，等離子體束實際上不具有氧化作用，因此不能形成比本來就有的更厚的氧化物層。
在EP 1292176A2開頭指出，用其中所要求保護的射束髮生器產生的電中性等離子體束應適用於此。依此該等離子體束適於處理表面，例如在粘合、塗覆或上漆前，預處理並清潔表面，以進行塗覆、親水化、除去電荷或無菌化，以及促進化學反應。雖然在EP 1292176A2中沒有明確述及，但技術人員從列舉的應用可能性可以推斷出，藉助等離子體束可以除去所有粘附在表面上的物質。
EP 0761415B1和EP 1292176A2都未顯示出對技術人員提供以下建議的跡象，即，可用大氣的低溫等離子體對待焊接的鍍鋅鋼板進行預處理。
這種應用也完全出乎申請人的意料，雖然她幾年來將根據EP 1292176A2製得的射束髮生器作為供應單元，以將其與機械裝置一體化。根據現有技術中所述的應用可能性，將該射束髮生器用於電學元件和線路的清洗裝置中，以及用於活化塑料以改善其粘合性的裝置中。
在一實驗中，用等離子體束處理兩個待以填充焊縫進行焊接的鍍鋅鋼板的表面，該等離子體束例如用根據EP 1292176A2的射束髮生器產生。具體地使用帶有約5μm厚電鍍沉積的鋅層的鋼板。作為處理氣體，在一個實驗中使用空氣，在另一實驗中使用氮氣-氧氣混合物。射束髮生器的射束出口與鋼板表面的距離為12mm±2mm，速度為80m/s±10mm/s。隨後藉助雷射以技術人員已知的方式焊接兩塊鋼板。例如採用Nd-YAG雷射在使用功率最大為2.5kW時可產生很好的結果。
對於未預處理和根據本發明預處理過的鋼板而言，在同樣的工藝參數下，在焊接中出現的效果和焊接結果是不同的。
在焊接預處理過的鋼板時，產生格外少的工藝蒸氣。
所形成的焊縫有明顯更好的焊縫表面，並具有明顯更少的氣孔和缺陷。此外，焊縫會較少起鱗皮。
正如所證實的，即使兩個待焊接的鋼板只有一個用等離子體束在打算焊接的表面區域(接合區)進行預處理，所形成的焊縫也有類似好的質量。
推測認為，等離子體束的作用使得鋅層發生如下改變鋅層在較高的溫度下才開始熔化。
在焊接鍍鋅鋼板時，與改善焊接質量的已知的現有技術相比，根據本發明進行預處理具有以下優點工藝、時間和材料的消耗更低，因此特別是在高度自動化的大批量生產中使用時是成本上有利的選擇。
令人驚訝地發現，在鋁板的情況下，用大氣的低溫等離子體對打算焊接結合的接合區進行表面處理，也會改善可焊性。
權利要求
1.一種改善鍍鋅鋼板或鋁板可焊性的方法，是通過對打算焊接結合的接合區的表面進行預處理而實現，其特徵在於，將大氣的、電中性的低溫等離子體束對準該表面。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，該等離子體是電點火的。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，使用空氣作為產生等離子體的處理氣體。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於，只對將要焊接在一起的鍍鋅板之一的表面進行預處理。
全文摘要
本發明涉及一種改善鍍鋅鋼板可焊性的方法，是通過對打算焊接結合的接合區的表面進行預處理而實現，在該方法中，使大氣的低溫等離子體束對準該表面。
文檔編號B23K31/12GK1762643SQ20051011996
公開日2006年4月26日 申請日期2005年6月9日 優先權日2004年6月9日
發明者U·威恩澤爾, N·普雷伊斯, K·洛弗勒, F·漢施曼 申請人:詹諾普蒂克自動化技術有限公司