镀锌板的焊接

镀锌板的焊接

1．镀锌钢电弧焊

锌层的存在给镀锌钢的焊接带来了一定困难，主要的问题有：焊接裂纹及气孔的敏感性增大、锌的蒸发及烟尘、氧化物夹渣及镀锌层熔化及破坏。其中焊接裂纹、气孔和夹渣是最主要的问题。

1．1 焊接性

（1）裂纹

在焊接过程中，熔化的锌浮在熔池的表面或位于焊缝根部。由于锌的熔点远远低于铁，熔池中的铁首先结晶，液态锌会沿着钢的晶界渗入其中，导致晶间结合变弱。而且锌与铁之间易形成金属间脆性化合物Fe3Zn10和FeZn10，进一步降低了焊缝金属的塑性。因此在焊接残余应力的作用下易沿晶界裂开，形成裂纹。

1) 影响裂纹敏感性的因素

①锌层的厚度镀锌钢的锌层较薄，裂纹敏感性小，而热镀锌钢的锌层较厚，裂纹敏感性较大。

②工件厚度厚度越大，焊接拘束应力越大，裂纹敏感性越大。

③坡口间隙间隙越大，裂纹敏感性越大。

④焊接方法用手工电弧焊焊接时裂纹敏感性小，而用CO2气体保护焊焊接时裂纹敏感性大一些。

2) 防止裂纹的方法

①焊前在镀锌板焊接处开坡口V、Y形或X型坡口，用氧乙炔或喷砂等方法去除坡口附近的镀锌层，同时控制间隙不宜过大，一般1.5mm左右。

②选用含Si量低的焊接材料。气体保护焊时应采用含Si量低的焊丝，手工焊时采用钛型、钛钙型焊条。

（2）气孔

坡口附近的锌层在电弧热的作用下产生氧化（形成ZnO）及蒸发，并挥发出白色烟尘和蒸气，因此极易在焊缝中引起气孔。焊接电流越大，锌的蒸发越严重，气孔敏感性越大。用钛型、钛钙型焊条焊接时，在中等电流范围内不易产生气孔。而用纤维素型和低氢型焊条焊接时，小电流和大电流下均易产生气孔。另外焊条角度应尽量控制在30°～70°范围内。

（3）锌的蒸发及烟尘

用电弧焊焊接镀锌钢板时，熔池附近的锌层在电弧热的作用下氧化成ZnO并蒸发，形成很大的烟尘。这种烟尘中主要成分为ZnO，对工人的呼吸器官具有很大的刺激作用，因此，焊接时必须采取良好的通风措施。在同样焊接规范下，用氧化钛型焊条焊接时所产生的烟尘量较低，而低氢型焊条焊接时产生的烟尘量较大。

（4）氧化物夹渣

焊接电流较小时，加热过程中形成的ZnO不易逸出，易造成ZnO夹渣。ZnO比较稳定，其熔点为1800℃。大块状的ZnO夹渣对焊缝塑性具有非常不利的影响。利用氧化钛型焊条

时，ZnO呈细小均匀分布，对塑性及抗拉强度影响都不大。而用纤维素型或氢型焊条时，焊缝内的ZnO较大、较多，焊缝性能差。

1．2 镀锌钢的焊接工艺

镀锌钢可采用手工电弧焊、熔化极气体保护焊、氩弧焊、电阻焊等方法进行焊接。

（1）手工电弧焊

1) 焊前准备

为了降低焊接烟尘，防止焊接裂纹及气孔的产生，焊前除了开适当的坡口外，还应将坡口附近的锌层去除。去除方法可采用火焰烘烤或喷砂。坡口间隙应尽量控制在1.5～2mm内，工件厚度较大时，可放宽到2.5～3mm。

2) 焊条的选择

焊条的选择原则是焊缝金属的力学性能尽量与母材相近，而且焊条熔敷金属中含硅量应控制在0.2％以下。

采用钛铁矿型焊条、氧化钛型焊条、纤维素型焊条、钛钙型焊条和低氢型焊条焊接时所得到的接头强度均可达到满意的指标，见表1。但用低氢型焊条和纤维素型焊条焊接的焊缝中易产生夹渣和气孔，因此一般不用。

对于低碳钢镀锌钢板，应优先选用J421/J422或J423焊条。对于强度等级在500MPa以上的镀锌钢板，可选用E5001、E5003等型号的焊条。对于强度在600MPa以上的镀锌钢板，应选用E6013、E5503及E5513等型号的焊条。

焊接时，尽量采用短弧，不要使电弧摆，以防止镀锌层熔化区域的扩大，保证工件的抗腐蚀性并降低烟尘量。

（2）熔化极气体保护焊

可采用CO2气体保护焊或者Ar+CO2、Ar+O2等混合气体保护焊进行焊接。保护气体对焊缝中Zn的含量有明显的影响，采用纯CO2或CO2+O2时，焊缝中Zn的含量较高，而采用Ar+CO2或Ar+O2时，焊缝中Zn的含量较低。电流对焊缝中Zn含量影响不大，随着焊接电流的增大，焊缝中的Zn含量稍有降低。

采用气体保护焊焊接镀锌钢时，焊接烟尘要比手工电弧焊大得多，因此应特别注意排风。影响烟尘量大小及成分的因素主要是电流和保护气体。电流越大，或保护气体中CO2或O2含量越大，焊接烟尘越大，而且烟尘中ZnO含量也增大，最大时ZnO的含量可达到70％左右。

在同样的焊接规范下，镀锌钢的熔深要比不镀锌的钢板大。T形接头、搭接接头及向下立焊的焊接气孔敏感性较大，焊接速度越大越易产生气孔；对于镀锌合金钢，焊接速度的影响尤其明显。多道焊时，后续焊道的气孔敏感性大于前一道。

采用不同保护气体焊接的镀锌钢接头的力学性能见表2。可见，保护气体成分对接头力学性能并没有很大的影响，一般采用纯CO2进行焊接。

表3～表5分别给出了镀锌钢板I形对接接头、搭接接头及T形接头的短路过渡CO2

焊的焊接工艺参数。

2．电阻焊

电阻焊是镀锌钢板最主要的焊接方法。薄板通常采用点焊、凸焊来焊接，而要求密封的工件用缝焊来焊接。

2．1 点焊

（1）焊接性

由于锌与钢的物理性能相差很大，电阻焊焊接过程中会带来以下几个问题。

①锌的熔点为419℃，沸点为907℃，均远远低于铁的熔点1500℃，因此，焊接过程中，与铜电极接触的镀锌层先于工件被连接部位的钢板而熔化。熔化的锌不但在电极压力的作用下易飞溅出来，而且还会与电极粘连，致使电极表面形成Cu-Zn合金层。由于Cu-Zn 合金电阻率大，易于过热变形，这不但降低了电极寿命，而且改变了焊接规范，破坏了焊接

过程的稳定性和焊接质量，严重时甚至不能形成熔核。

②由于锌比较软，同样电极尺寸下，电极与镀锌钢板的接触面积以及镀锌板与镀锌板之间的接触面积均较大，使工件中的电流密度减小，易于产生未焊透缺陷。

③焊接过程中，工件连接点（熔核）部位的锌层熔化后应充分挤出，否则会显著降低焊点的连接强度。因此，为了保证将这部分液态锌充分挤出，应使用较大的电极压力，一般比非镀锌钢高20％～25％。

④电极压力过大或电流过大时，与电极接触的锌层可能会因粘到电极上而剥落下来，使工件失去了耐蚀性，也影响了表面美观。为了避免这种现象，应采用较大尺寸的电极，并延长锻压时间，加强电极的冷却。

⑤熔核处的液态锌总有一部分残留下来，参与熔核的结晶过程，在强大的电磁力的作用下，结晶过程中以条状分布在钢的枝晶晶界上。如果锻压阶段的电极压力不够大，则液态锌的原部位可能会形成结晶缩孔，而晶界上的锌造成裂纹。

（2）点焊工艺

镀锌钢板的点焊工艺程序与一般钢板点焊程序是相同的，即预压→通电焊接→锻压。为了克服上面所述的几个问题，一般采用硬规范，即大电流、短时间、高压力规范。所用电流比同样板厚的一般低碳钢要高20％～50％，压力要高20％～25％。表6给出了镀锌板点焊规范参数。

由于采用硬规范，因此电极一般选用高温硬度高、导电性好、再结晶温度高的电极，例如Cu-Cr电极、Cu-Zr电极。另外，还可采用加入钨或钼金属块的复合电极，以提高电极寿命。电极端面一般不能做成平面状，最好采用球形端面。

2．2 凸焊

（1）工艺特点

凸焊实际上是一种特殊的点焊。在一个焊件的接合面上预先加工一个或多个凸点，使其与另一焊件连接面相接触，通过加压、通电加热将凸点压溃，凸点处的镀锌层首先产生熔化、氧化、飞溅，进一步加压，使凸点被压平，然后形成熔核，将工件焊接起来。这种焊接方法特别适合于镀锌钢板的焊接，其优点是：

①由于凸点的存在，工件之间的接触面积变小，电流密度增大，因此可显著降低焊接