用于全速焊接镀锌钢的金属芯焊丝

【编者按】镀锌钢表面具有氧化锌保护层，所以即使很薄，也能实现优异的耐腐蚀性和高强度。然而，这些特性对需要焊接镀锌钢的金属成形商来说，也同样是一大挑战。比如，越薄的镀锌钢材料越容易焊穿，如果焊接方法用错，其氧化锌涂层也有可能引起焊接缺陷。

许多汽车配件供应商采用1.6mm~4mm的镀锌钢，制造像汽车壳架、发动机托盘、悬架链接那样的零部件，甚至在汽车的其他部分采用更薄的镀锌钢材料。其实，在车身上看到薄度只有0.7mm的镀锌钢也相当常见。

绝大多数的汽车制造商采用三种镀锌钢：热浸镀、锌铁合金或电镀锌。其中，热浸镀锌钢材料对焊接的挑战最大，但因为成本较低，也是汽车行业应用最普遍的。

热浸镀材料表面厚度往往不均匀，要实现一致的焊接效果，特别具有挑战性。采用氧化锌抛光后，即使在高温条件下（超过华氏800度），也能超越锌的熔点及其他锌化学反应的挑战。强韧的氧化锌表面，可以作为阳极，为材料提供可抗腐蚀的保护屏障。

焊接挑战

绝大多数的汽车制造商采用气体金属弧焊（缩写为GMAW）技术焊接镀锌钢，采用脉冲或恒定电压 (缩写为CV) 的方式实心焊线。但是，在脉冲和CV焊接过程中很难实现完美效果——以焊接低碳钢时相似的行进速度焊接时，在镀锌钢上却很难实现一致的焊缝质量。

在CV焊接中，弧长较短，所以通常会产生“飞溅”这个麻烦问题。还有一个更大的麻烦：孔隙。在目前的焊接行进速度下，它会直接影响焊接效果。而且，在热浸镀锌钢板上焊接的行进速度越快，越容易冻结熔池。这特别麻烦，因为锌蒸发的温度比钢低得多。这种不同蒸发温度可能将气包固定在某处——在焊缝凝固前，那些锌蒸汽本来是有机会跑出去的。

孔隙的表现，可能呈小包状，也可能呈跨越整个焊接材料表面的焊接头状（通常称其为“管”或“虫形”）。尽管我们可以接受很多孔隙潜藏在表面之下这样的焊接结果，但因为它们有可能呈直线状，在连续不断的工作周期中，是可能导致焊接断裂的。

为了确保焊接质量，各个孔隙间的距离至少应大于其直径。在25mm的焊接长度上，整个孔隙长度（直径总和）不应超过6.4mm，孔隙间的最大直径也不应超过1.6 mm，焊接中区域的孔隙通常不能超过25%。

继续寻求技术解决方案

为了避免孔隙，焊接镀锌钢时金属成形商往往会直接减少焊接的行进速度——从质量角度来看是好事，但对生产效率来说，局限太大。其实，可以考虑将现有的脉冲熔化极气体保护电弧焊与金属焊丝结合起来，替代实芯焊丝法。

金属芯焊丝是管状的——在金属的护套里满是金属粉末、合金和弧稳定剂。与实芯焊丝完全相反的是，金属芯焊丝带有较高的电流密度 (在等效电流设置下），可以提高焊缝沉积率。因为金属芯焊丝允许以较快的行进速度焊接，所以通常可应用到机器人焊接流程中。

最近，在金属芯焊线上出现了一些新进展，特别是那些执行美国焊接协会（缩写为AWS）E70C-GS类标准的制造商，在焊接热浸镀锌钢板上开发出不少新优势。这些焊线的配方成分，使它们可以应对直接两极对焊(直流电极接负)。

在镀锌钢上直接对焊，会产生两个明显优势：

◆软弧渗透，有助于防止较薄材料烧穿，改进渗透情况（如图）；

◆有充足的电弧能量蒸发镀锌涂层。给锌蒸气足够的时间从焊接熔池排出，尽量减少焊接表面及下方出现孔隙的可能性。

金属芯焊丝还能起到稳定弧线的作用，有助于提高整个金属焊接效果，最大限度减少飞溅和焊后清理。

控制冻结

使用与脉冲GMAW波形相合的金属焊丝，还有助于控制焊接熔池冻结的速度，使锌蒸气更容易释放出去。此外，脉冲GMAW流程比标准CV流程需要的热量少，有助于避免烧穿。

焊接镀锌钢时，将金属芯焊丝与脉冲GMAW流程相结合还有其他好处，比如：

◆改进了T型接头和向下走的焊接 ；

◆金属焊接使用的精细球，可以产生一个弧形，实现良好的焊缝弥合功能。

◆能够焊接各种厚度的材料（从1.2mm到4.0mm）；

◆在多个位置焊接的能力。

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