專(zhuān)利名稱：預(yù)處理要焊接的鍍鋅鋼板或鋁板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)處理要焊接，特別是激光焊接的鍍鋅鋼板或鋁板的方法。在鍍鋅鋼板情況下，還應(yīng)理解成是這樣的鋼板，該鋼板鍍覆的保護(hù)層只具有鋅成分。在此特別涉及鋅-鋁、鋅-鎳合金或者有機(jī)材料，例如鋅粉漆或摻鋅的塑料。
已知在焊接鍍鋅鋼板時(shí)，如果沒(méi)有采取額外的措施，焊縫區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。由于鋅在比鋼板明顯更低的溫度下就開(kāi)始熔化并氣化，因此在焊縫周?chē)纬蓺饪缀腿毕?。這導(dǎo)致焊縫不足的強(qiáng)度和緊密性不夠、焊縫的易受腐蝕性和劣化的焊縫形狀。
現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了很多種不同的措施，試圖改善所形成的焊縫的質(zhì)量。
在EP 0527229B1中描述了一種激光焊接的方法，特別是焊接鍍鋅鋼板，該方法在焊接過(guò)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(jié)合并形成抑制鋅的氣化的氧化鋅和過(guò)氧化鋅，也就是說(shuō)固體，由此應(yīng)形成明顯更少的氣孔。
在EP 0446677B1中公開(kāi)了一種可焊性得到改善的鍍鋅鋼板的制備方法，該方法在鋼板表面沉積鋅層前，在鋼板表面上涂覆一種具有某一碳含量的鐵/碳層。
該文描述的現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)兩份日本專(zhuān)利申請(qǐng)得到了確定，在這兩份日本專(zhuān)利申請(qǐng)中，鍍鋅鋼板的可焊性各通過(guò)在鍍鋅表面上形成氧化膜而得到改善。
對(duì)于JP 60-063394和JP 02-004983中描述的鍍鋅鋼板，該氧化膜通過(guò)熱浸漬進(jìn)行涂覆。
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于在大工業(yè)規(guī)模上得不到滿意的結(jié)果，因而迄今來(lái)說(shuō)是失敗的。
鍍鋅鋼板特別用于汽車(chē)車(chē)身、工業(yè)容器和家用器具的殼體。
特別是由于涂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(chē)工業(yè)中持續(xù)上升。于競(jìng)爭(zhēng)者在產(chǎn)品質(zhì)量及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面幾乎沒(méi)有區(qū)別的這一行業(yè)中，競(jìng)爭(zhēng)主要取決于生產(chǎn)成本。由于要生產(chǎn)的件數(shù)極多，因此對(duì)于時(shí)間和材料利用方面很微小的節(jié)省都很重要。因此縮短制造汽車(chē)的生產(chǎn)周期是永恒的目標(biāo)，這可能例如通過(guò)代替以時(shí)間上更快進(jìn)行的方法以及避免工藝上必需的停頓時(shí)間而達(dá)船。此外，力求使制造過(guò)程必需的設(shè)備技術(shù)盡可能少的保養(yǎng)，并且是結(jié)實(shí)耐用的。最終還通過(guò)節(jié)省使用助劑而使生產(chǎn)成本降低。
以這些著眼點(diǎn)觀察現(xiàn)有技術(shù)的描述所給出的解決方案，可以認(rèn)識(shí)到，為了能夠滿足質(zhì)量要求即不形成氣孔并且在焊縫周?chē)３咒\層的方式焊接鍍鋅鋼板，總是需要相當(dāng)大的花費(fèi)。
在激光焊接過(guò)程中使用輔助氣體(EP 0446677B1)要求特制的焊接燒嘴，利用該焊接燒嘴一般使氣流與激光束同軸地到達(dá)工件。與不用輔助氣體的激光焊接裝置不同，在此必須采用附加技術(shù)措施來(lái)供應(yīng)氣體并抽出氣體。
另一所述方案采用額外的涂覆層。該層因工藝限制總是在整個(gè)表面進(jìn)行涂覆，這也意味著在根本不作為隨后焊接結(jié)合的接合面的表面區(qū)域也涂覆。因此用于涂層的材料使用比實(shí)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干燥時(shí)間。
根據(jù)DE 10135611A1中現(xiàn)有技術(shù)的描述，為了減少涂層材料的蒸發(fā)，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(huì)損害焊接結(jié)合的機(jī)械承載能力，并減小相應(yīng)生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力。
在另一方法中涉及一種特殊的結(jié)構(gòu)性措施，用來(lái)使所形成的工藝蒸氣能夠無(wú)妨礙地逸出。
不同于該現(xiàn)有技術(shù)，DE 10135611A1要求保護(hù)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(qū)域(接合區(qū))的鋅層，適合使用一種小型化的噴砂器，例如其用在牙醫(yī)中以除去牙垢。為了避免周?chē)砻娴奈廴?，并?duì)噴砂物料進(jìn)行再次利用，采用了一種抽吸的措施，例如使用一種負(fù)壓噴砂裝置。
明確證實(shí)，該方法還特別適于利用激光的焊接，以及特別是在車(chē)身形成中，于預(yù)處理后用負(fù)壓噴砂裝置程序性地焊接在接口中堆疊在一起的車(chē)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(lèi)、純堿、磨碎的堅(jiān)果殼、冰或干冰，后種物質(zhì)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即沒(méi)有殘留的噴砂劑需要去除。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用DE 10135611A1要求保護(hù)的方法不具有對(duì)于腐蝕性的不利作用，因?yàn)楹缚p區(qū)域的鋅層無(wú)論如何不會(huì)蒸發(fā)。
為了改善由易于氧化的金屬(其傾向形成妨礙焊接過(guò)程的表面層)形成的導(dǎo)電工件的可焊性，在DE 19927557A1中提供一種方法，即產(chǎn)生高頻的電弧放電，其躍過(guò)表面，并且在隨機(jī)分布的點(diǎn)處使得妨礙性的表面層穿孔和部分被蒸發(fā)。
本發(fā)明的任務(wù)是，尋找合適的措施來(lái)改善鍍鋅鋼板的可焊性，該措施要求盡可能低的工藝、時(shí)間以及材料的消耗。
對(duì)于根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的方法，該任務(wù)通過(guò)如下實(shí)現(xiàn)將大氣的(atmosphrisch)、低溫等離子體束對(duì)準(zhǔn)表面。
從屬權(quán)利要求中給出了有利的實(shí)施方案。
大氣的低溫等離子體在表面處理中的應(yīng)用本身并非是新穎的。
在EP0761415B1中提供一種用液體提高工件表面可潤(rùn)濕性的方法，該方法中，通過(guò)在加入工作氣體時(shí)的等離子體放電，產(chǎn)生一束反應(yīng)性介質(zhì)，并經(jīng)過(guò)待處理的表面。不同于現(xiàn)有技術(shù)已知的產(chǎn)生等離子體的方法，該用于表面處理的等離子體具有相對(duì)低的溫度，因此甚至不會(huì)損害到敏感的表面。該方法適合處理導(dǎo)電的和不導(dǎo)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(chǎn)適于方法實(shí)施的大氣的低溫等離子體的射束發(fā)生器，其使用不可傳送的電弧對(duì)塑料進(jìn)行預(yù)處理。與在如EP 1292176A2中所描述的射束發(fā)生器一樣，用于產(chǎn)生等離子體而形成的電弧不傳送到工件上。為了得到離開(kāi)射束發(fā)生器的等離子體束的物理和化學(xué)性質(zhì)，已進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在EP 0761415B1中報(bào)道了其結(jié)果。
照此看來(lái)并不清楚，該等離子體實(shí)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(zhì)，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(shí)該等離子體束對(duì)工件表面具有所希望的預(yù)處理作用?？蓪⑼ǔ２荒苡盟疂?rùn)濕的不同塑料表面置于等離子體束中。隨后可用水將其潤(rùn)濕。據(jù)報(bào)道，借助等離子體束，也可清除金屬表面的硅氧烷殘留物等。用非貴金屬例如鋁進(jìn)行的研究表明，等離子體束實(shí)際上不具有氧化作用，因此不能形成比本來(lái)就有的更厚的氧化物層。
在EP 1292176A2開(kāi)頭指出，用其中所要求保護(hù)的射束發(fā)生器產(chǎn)生的電中性等離子體束應(yīng)適用于此。依此該等離子體束適于處理表面，例如在粘合、涂覆或上漆前，預(yù)處理并清潔表面，以進(jìn)行涂覆、親水化、除去電荷或無(wú)菌化，以及促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。雖然在EP 1292176A2中沒(méi)有明確述及，但技術(shù)人員從列舉的應(yīng)用可能性可以推斷出，借助等離子體束可以除去所有粘附在表面上的物質(zhì)。
EP 0761415B1和EP 1292176A2都未顯示出對(duì)技術(shù)人員提供以下建議的跡象，即，可用大氣的低溫等離子體對(duì)待焊接的鍍鋅鋼板進(jìn)行預(yù)處理。
這種應(yīng)用也完全出乎申請(qǐng)人的意料，雖然她幾年來(lái)將根據(jù)EP 1292176A2制得的射束發(fā)生器作為供應(yīng)單元，以將其與機(jī)械裝置一體化。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中所述的應(yīng)用可能性，將該射束發(fā)生器用于電學(xué)元件和線路的清洗裝置中，以及用于活化塑料以改善其粘合性的裝置中。
在一實(shí)驗(yàn)中，用等離子體束處理兩個(gè)待以填充焊縫進(jìn)行焊接的鍍鋅鋼板的表面，該等離子體束例如用根據(jù)EP 1292176A2的射束發(fā)生器產(chǎn)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(gè)實(shí)驗(yàn)中使用空氣，在另一實(shí)驗(yàn)中使用氮?dú)?氧氣混合物。射束發(fā)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。隨后借助激光以技術(shù)人員已知的方式焊接兩塊鋼板。例如采用Nd-YAG激光在使用功率最大為2.5kW時(shí)可產(chǎn)生很好的結(jié)果。
對(duì)于未預(yù)處理和根據(jù)本發(fā)明預(yù)處理過(guò)的鋼板而言，在同樣的工藝參數(shù)下，在焊接中出現(xiàn)的效果和焊接結(jié)果是不同的。
在焊接預(yù)處理過(guò)的鋼板時(shí)，產(chǎn)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，并具有明顯更少的氣孔和缺陷。此外，焊縫會(huì)較少起鱗皮。
正如所證實(shí)的，即使兩個(gè)待焊接的鋼板只有一個(gè)用等離子體束在打算焊接的表面區(qū)域(接合區(qū))進(jìn)行預(yù)處理，所形成的焊縫也有類(lèi)似好的質(zhì)量。
推測(cè)認(rèn)為，等離子體束的作用使得鋅層發(fā)生如下改變鋅層在較高的溫度下才開(kāi)始熔化。
在焊接鍍鋅鋼板時(shí)，與改善焊接質(zhì)量的已知的現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行預(yù)處理具有以下優(yōu)點(diǎn)工藝、時(shí)間和材料的消耗更低，因此特別是在高度自動(dòng)化的大批量生產(chǎn)中使用時(shí)是成本上有利的選擇。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在鋁板的情況下，用大氣的低溫等離子體對(duì)打算焊接結(jié)合的接合區(qū)進(jìn)行表面處理，也會(huì)改善可焊性。
權(quán)利要求
1.一種改善鍍鋅鋼板或鋁板可焊性的方法，是通過(guò)對(duì)打算焊接結(jié)合的接合區(qū)的表面進(jìn)行預(yù)處理而實(shí)現(xiàn)，其特征在于，將大氣的、電中性的低溫等離子體束對(duì)準(zhǔn)該表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該等離子體是電點(diǎn)火的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使用空氣作為產(chǎn)生等離子體的處理氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，只對(duì)將要焊接在一起的鍍鋅板之一的表面進(jìn)行預(yù)處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改善鍍鋅鋼板可焊性的方法，是通過(guò)對(duì)打算焊接結(jié)合的接合區(qū)的表面進(jìn)行預(yù)處理而實(shí)現(xiàn)，在該方法中，使大氣的低溫等離子體束對(duì)準(zhǔn)該表面。
文檔編號(hào)B23K31/12GK1762643SQ20051011996
公開(kāi)日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者U·威恩澤爾, N·普雷伊斯, K·洛弗勒, F·漢施曼 申請(qǐng)人:詹諾普蒂克自動(dòng)化技術(shù)有限公司