镀锌板焊接

镀锌钢板焊接工艺研究

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500MP a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。

表3 镀锌钢板I形对接接头CO2焊接规范参数

表4 镀锌钢板搭接接头CO2焊接规范参数

表3 镀锌钢板T形接头的短路过渡CO2焊接规范参数

随着近年来带镀层的板材（如镀锌板）在工业中应用增多，镀锌板和铝、镁一同作为最具前景的材料而越来越被人们所重视。可是镀锌板材如何有效的焊接一直困扰着工程技术人员，因为锌的熔点约为420 ℃, 挥发温度908 ℃, 普通熔焊的高温电弧( 约3000 ～4000 ℃) 必然促使大量的锌蒸发, 从而导致各种焊接缺陷, 并破坏了锌层的抗腐蚀功能。现在，这些问题已成为过去，这得感谢德国cloos 公司研制的创新技术——MIG 电弧钎焊,并开发了具有MIG 电弧钎焊焊接专家系统的专用焊机。

MIG 电弧钎焊从某种意义上说也属于熔化极气体保护焊(MAG )。它采用低熔点的铜基焊丝代替碳钢焊丝，焊接时热输入量低，母材不会熔化，同时锌的蒸发降致最低，提高了焊缝的抗腐蚀性能（铜基焊缝也耐腐蚀）。从而确保了镀锌板更好更有效的焊接。

MIG 电弧钎焊在工业实际应用中已取得巨大的成功，许多汽车制造业都越来越多的应用铜基焊丝生产重要部件。近来，MIG 钎焊还用来焊接非镀层板（如合金钢、非合金钢、不锈钢、铜），同样获得良好的效果。

大量镀锌薄板材用于汽车制造、冷藏箱、建筑业、通风和供热设施以及家具制造等领域。镀锌成为重要的钢铁防腐方法，不仅仅是因为锌可在钢铁表面形成致密的保护层，还因为锌具有阴极保护效果，当镀锌层破损，它仍能通过阴极保护作用来防止铁质母材腐蚀，这种保护效果可延伸到1 ～2mm 无保护层的区域，因此镀锌可以有效地保护到板材的切口和冷加工造成的微裂纹以及近焊缝的锌烧损区，防止从这里开始生锈。

锌的熔点约为420 ℃，挥发温度为908 ℃, 这不利于焊接，当电弧刚一引燃就挥发了。锌的挥发和氧化会导致气孔、未熔合及裂纹甚至影响电弧稳定性，因此焊接镀锌板材最好的方法是减少热输入量。