专利名称：一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法
技术领域：
本发明属于激光焊接技术领域，特别涉及一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法。
背景技术：
烧结NdFeB永磁体极易发生晶间富Nd相腐蚀而使合金材料粉化，因此使用NdFeB 永磁体需要采取一定的表面防腐技术。电镀锌技术在工件表面镀上的镀锌层不但具有物理屏蔽作用，而且对基体还起到了电化学保护作用，使其具有良好的抗腐蚀性能。同时，由于该技术生产效率高、成本低而被广泛应用于烧结NdFeB永磁体的表面防腐处理。一些钢板为了防腐蚀和氧化，也经常在表面镀上一层锌或以锌为主的合金。然而，由于锌的沸点低(906°C )，在对镀锌工件实施搭接焊时，工件接触面的锌将会蒸发而产生锌蒸汽。如果熔池中锌蒸汽未能在熔池金属凝固之前逸出，将在接头中形成大的气孔。同时锌蒸汽会搅动熔池，造成熔池金属飞溅，从而削弱接头连接强度(如图2所示)°目前，为了控制镀锌件搭接焊过程中的锌气孔，采用以下几种措施(1)采用特别设计的工装夹具或利用表面凸起，使得工件之间存在间隙，让锌蒸汽能从间隙中排出。虽然这种方法能在一定程度上减少接头中的锌气孔，但是由于所需的排气间隙通常通过放置垫片或通过冲压、压花和激光冲击等方法在工件表面形成小凸起，因此增加了生产工序和成本。此外，此方法会造成焊后焊接结构的尺寸发生变化，从而影响焊接精度。(2)在工件的待焊处预先机械除锌或采用“先焊后镀”的工艺。机械除锌可以完全避免产生锌蒸汽，但是焊接接头由于缺少镀锌层的保护极易发生腐蚀，从而降低工件使用寿命。而“先焊后镀”工艺适用范围有限，对于一些复杂零件的生产，此工艺会使工序变得繁杂，增加了生产成本。(3)在搭接面或熔池中添加某种物质，使该物质在锌汽化前能与锌产生化合反应， 形成稳定的化合物，以抑制锌气孔。有学者通过将氧气同惰性气体混合起来作为保护气，或者将氧化铁粉末预先涂覆在镀锌试样表面，焊接过程中氧化铁分解出氧气，使氧气与镀锌层中的锌反应生成不易汽化的氧化锌或过氧化锌。这种方法在某种程度上有效，但是氧气进入熔池后不仅与锌反应，还会同其他元素反应，这会对焊接质量造成不利的影响。也有学者在激光焊接镀锌板时向熔池中注射金属粉末铜，或在搭接面上放置铜箔或铜镀层，希望铜与锌在焊接中互溶并冷却凝固后形成合金，以减少锌气孔。但是，铜的熔点是1083°C，高于锌的沸点，在焊接中，锌在与铜反应之前就蒸发了，而且，铜作为中间层还会引发凝固裂纹。
发明内容
本发明提供一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，以克服现有技术无法有效控制锌气孔、接头强度低、工序复杂、成本高、焊接精度低及耐腐蚀性差等缺点。本发明的技术方案如下一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于按如下步骤进行1)焊接前，采用物理气相沉积方法在镀锌NdFeB永磁体工件待焊的接触面上，或者在镀锌低碳钢工件待焊的接触面上，或者在两者各自的待焊的接触面上沉积1 10 μ m 厚的Al膜；2)将镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢的待焊的接触面搭接，并用夹具固定在激光器工作台上，进行激光焊接。本发明所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述物理气相沉积方法采用中频交流磁控溅射的物理气相沉积方法或真空蒸发镀膜的物理气相沉积方法。本发明所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述激光器为Nd:YAG固体激光器。本发明所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接的激光束从低碳钢一侧入射。本发明所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接采用激光缝焊或激光点焊。与现有技术相比，本发明的有益效果如下本发明方法采用沉积AI膜跟Si反应，减少了 Si的蒸发，从而降低了焊接接头中的锌气孔，同时减少了焊接过程中的飞溅，使得焊接接头的剪切强度大幅提高；采用物理气相沉积技术可批量沉积Al膜，生产效率高，成本低；&1-A1复合镀层耐腐蚀性好，工件使用寿命长。
图1为焊前分别在镀锌NdFeB永磁体和镀锌低碳钢各自待焊的接触面上沉积Al 膜的激光点焊实施例示意图。图2为焊前分别在镀锌NdFeB永磁体和镀锌低碳钢各自待焊的接触面上沉积Al 膜的激光点焊的焊后接头截面金相组织照片。图3为焊前分别在镀锌NdFeB永磁体和镀锌低碳钢各自待焊的接触面上沉积Al 膜的激光点焊的焊后接头截面金相组织照片。图4为焊前在镀锌NdFeB永磁体待焊的接触面上沉积Al膜，而镀锌低碳钢待焊的接触面上不沉积Al膜的激光缝焊实施例示意图。图5为焊前在镀锌低碳钢待焊的接触面上沉积Al膜，而镀锌NdFeB永磁体待焊的接触面上不沉积Al膜的激光缝焊实施例示意图。图1至图5中，符号说明如下1-激光束；2-透镜；3-低碳钢；4-NdFeB永磁体；5-镀Si层；6-A1膜；7_焊点；8_锌气孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作更详细、完整的说明本发明提供的一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其工艺步骤如下1)焊接前，采用物理气相沉积方法在镀锌NdFeB永磁体工件待焊的接触面上，或者在镀锌低碳钢工件待焊的接触面上，或者在两者各自的待焊的接触面上沉积1 10 μ m 厚的Al膜；2)将镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢的待焊的接触面搭接，并用夹具固定在激光器工作台上，进行激光焊接。本发明所述的物理气相沉积方法采用中频交流磁控溅射的物理气相沉积方法或真空蒸发镀膜的物理气相沉积方法。本发明所述的激光器为Nd:YAG固体激光器。本发明所述的激光焊接的激光束从低碳钢一侧入射。本发明所述的激光焊接采用激光缝焊或激光点 yfcp O本发明提出的镀锌NdFeB永磁体与低碳钢激光搭接焊中锌气孔的控制方法是采用化学冶金方法，利用Al的熔点(660°C )比Si的沸点(906°C )低的特点，在激光束的照射下，熔融的Al和Si形成Al-Si合金，减少了 Si的蒸发，从而有效地控制了熔池中的锌气孔。采用中频交流磁控溅射技术和真空蒸发镀膜技术在两个工件各自待焊的接触面上分别沉积Al膜。其中中频交流磁控溅射技术适用于沉积厚度较大的Al膜，而真空蒸发镀膜技术适用于质量较小、易在磁场作用下被吸附到溅射靶材上的工件上沉积Al膜。实施例1如图1所示，镀锌烧结NdFeB永磁体4和镀锌普通品质的冷轧低碳钢3，尺寸分别为7. 5mmX 3. 5mmX0. 7mm和7. 5mmX 3. 5mmX0. 3mm，其中镀锌层5厚度均约为5 μ m。采用中频交流磁控溅射技术在镀锌NdFeB永磁体4待焊的接触面上沉积Al膜，厚度约为7 μ m ； 采用真空蒸发镀膜技术在镀锌低碳钢3待焊的接触面上沉积Al膜，厚度约为1 μ m ；将镀锌NdFeB永磁体4与镀锌低碳钢3的待焊面搭接并用夹具固定在激光器工作台上；采用 JK300HP型Nd:YAG固体激光器进行激光点焊，激光器参数为脉冲峰值功率为812. 5w，脉冲宽度为16ms，离焦量为Omm ；采用Ar气作为保护气，激光束1从低碳钢3 —侧入射。经检测焊前分别在NdFeB永磁体4和低碳钢3各自待焊的接触面上沉积Al膜的待焊零件，其焊接过程中飞溅明显减少；如图2、3所示，焊后不变形，焊接精度高，所得焊点 7中的锌气孔8得到了较大的改善，同时接头的剪切强度提高了近一倍。实施例2如图4所示，镀锌烧结NdFeB永磁体4和镀锌普通品质的冷轧低碳钢3，尺寸分别为7. 5mmX 3. 5mmX0. 7mm和7. 5mmX 3. 5mmX0. 3mm，其中镀锌层5厚度均约为5 μ m。采用中频交流磁控溅射技术在镀锌NdFeB永磁体4待焊的接触面上沉积Al膜6，厚度约为5 μ m, 镀锌低碳钢3表面不沉积Al膜；将镀锌NdFeB永磁体4与镀锌低碳钢3的待焊面搭接并用夹具固定在激光器工作台上；采用JK300HP型Nd:YAG固体激光器进行激光缝焊，激光器参数为脉冲峰值功率为812. 5w，脉冲宽度为16ms，离焦量为Omm ；采用Ar气作为保护气，激光束1从低碳钢3 —侧入射。
经检测焊前在NdFeB永磁体4待焊的接触面上沉积Al膜6，而低碳钢3待焊的接触面上不沉积Al膜的待焊零件，其焊接过程中飞溅明显减少；焊后不变形，焊接精度高， 所得焊点中的锌气孔得到了较大的改善，同时接头的剪切强度提高了近一倍。实施例3 如图5所示，镀锌烧结NdFeB永磁体4和镀锌普通品质的冷轧低碳钢3，尺寸分别为7. 5mmX 3. 5mmX0. 7mm和7. 5mmX 3. 5mmX0. 3mm，其中镀锌层5厚度均约为5 μ m。采用真空蒸发镀膜技术在镀锌低碳钢3待焊的接触面上沉积Al膜6，厚度约为1 μ m,镀锌NdFeB 永磁体4待焊的接触面上不沉积Al膜；将镀锌NdFeB永磁体4与镀锌低碳钢3的待焊面搭接并用夹具固定在激光器工作台上；采用JK300HP型Nd:YAG固体激光器进行激光缝焊，激光器参数为脉冲峰值功率为812. 5w，脉冲宽度为16ms，离焦量为Omm ；采用Ar气作为保护气，激光束1从低碳钢3 —侧入射。 经检测焊前在镀锌低碳钢3待焊的接触面上沉积Al膜6，而镀锌NdFeB永磁体待焊的接触面上不沉积Al膜的待焊零件，其焊接过程中飞溅明显减少；焊后不变形，焊接精度高，所得焊点中的锌气孔得到了较大的改善，同时接头的剪切强度提高了近一倍。
权利要求
1.一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于该方法按如下步骤进行1)焊接前，采用物理气相沉积方法在镀锌NdFeB永磁体工件待焊的接触面上，或者在镀锌低碳钢工件待焊的接触面上，或者在两者各自待焊的接触面上沉积1 10 μ m厚的Al 膜；2)将镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢的待焊的接触面搭接，并用夹具固定在激光器工作台上，进行激光焊接。
2.根据权利要求1所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述物理气相沉积方法采用中频交流磁控溅射的物理气相沉积方法或真空蒸发镀膜的物理气相沉积方法。
3.根据权利要求1所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述激光器为Nd:YAG固体激光器。
4.根据权利要求1所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接的激光束从低碳钢一侧入射。
5.根据权利要求1所述的镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，其特征在于所述激光焊接采用激光缝焊或激光点焊。
全文摘要
一种镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢激光搭接焊方法，属于激光焊接技术领域，焊接前，采用物理气相沉积技术在镀锌NdFeB永磁体工件待焊的接触面上，或者在镀锌低碳钢工件待焊的接触面上，或者在两者各自的接触面上沉积1～10μm厚的Al膜；将镀锌NdFeB永磁体与镀锌低碳钢的待焊面搭接并用夹具固定在激光器工作台上；调节激光参数，进行激光焊接。焊接过程中沉积的Al膜跟Zn反应，减少了Zn的蒸发，从而降低了焊接接头中的锌气孔，同时减少了焊接过程中的飞溅，使得焊接接头的剪切强度大幅提高；采用物理气相沉积技术可批量沉积Al膜，生产效率高，成本低；Zn-Al复合镀层耐腐蚀性好，工件使用寿命长。
文档编号B23K103/18GK102179626SQ201110107899
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者伊晨晖, 常保华, 张骅, 白少俊, 都东 申请人:清华大学