镀锌薄钢板MIG-TIG电弧钎焊研究及应用现状的学习体会

文献概况与技术背景

本文由于治水等人于2002年发表于《汽车技术》第6期，系统探讨了镀锌薄钢板采用MIG/TIG电弧钎焊方法的工艺特点、技术优势及应用现状。镀锌钢板是汽车车身制造中的主要材料之一，其表面的镀锌层（通常为Zn或Zn-Al合金镀层）在焊接过程中面临严重的冶金难题：锌的沸点（907°C）远低于钢的熔点（约1500°C），焊接高温下锌会大量蒸发，形成严重的锌蒸气飞溅（spatter），不仅造成材料浪费和环境污染，还会在焊缝表面形成锌渣，严重影响接头质量和外观。此外，锌蒸气在空气中氧化形成的氧化锌颗粒对人体呼吸系统有害，是焊接作业中的职业健康隐患。

传统电弧焊方法（如SMAW、MAG焊）在焊接镀锌钢板时，由于热输入大、熔池温度高，锌蒸发问题尤为严重。电弧钎焊（Arc Brazing）作为一种介于焊接与钎焊之间的连接技术，通过控制热输入使母材保持固态，仅熔化钎料实现连接，从根本上避免了锌的蒸发问题。

核心观点与技术原理

电弧钎焊的基本原理

电弧钎焊的核心在于"母材不熔、钎料熔化"。采用MIG或TIG电弧作为热源，通过精确控制焊接参数（电流、电压、焊接速度、送丝速度等），使电弧热量集中在钎料上，钎料熔化后在母材表面润湿铺展，通过毛细作用填充接头间隙，形成冶金结合的钎焊接头。母材仅被加热到略高于钎料熔点，保持固态，从而避免了锌层的蒸发。

MIG与TIG电弧钎焊的比较

比较项目	MIG电弧钎焊	TIG电弧钎焊
热源特性	熔化极电弧，热量集中	非熔化极电弧，热量较集中
生产效率	高，适合大批量生产	较低，适合精密焊接
钎料形式	实心焊丝（如ER70S-6）	实心焊丝或焊条
设备成本	中等	较高
自动化适应性	好，易于实现自动化	一般
焊缝成形	较美观，熔宽适中	较窄，成形精细
适用板厚	0.5-3 mm	0.3-2 mm
热影响区	极小	极小

电弧钎焊的独特优势

文中特别强调了电弧钎焊的"阴极雾化"效应（cathodic雾化作用）。在电弧钎焊过程中，电弧的阴极斑点产生的带电粒子和电子对母材表面产生冲击活化作用，有效去除母材表面的氧化膜，促进钎料对母材的润湿和铺展。这一效应使得电弧钎焊不需要使用传统钎焊所需的钎剂（flux），从而避免了钎剂对母材的腐蚀副作用，焊后无需清洗，大大简化了后处理工序。

关键技术参数与工艺控制

镀锌薄钢板电弧钎焊的工艺参数选择至关重要，需要兼顾接头强度、成形质量和生产效率。

焊接参数典型范围

参数	MIG电弧钎焊	TIG电弧钎焊
焊接电流	80-150 A	60-120 A
电弧电压	16-22 V	12-18 V
焊接速度	0.3-0.8 m/min	0.2-0.5 m/min
送丝速度	1-3 m/min	手动送丝
保护气体	Ar或Ar/CO₂混合气	纯Ar
钎料丝径	0.8-1.2 mm	1.0-1.6 mm
热输入	0.5-1.5 kJ/mm	0.3-1.0 kJ/mm

工艺控制要点

热输入控制：热输入是电弧钎焊最关键的参数。热输入过高，母材局部熔化，锌层蒸发加剧，形成气孔和飞溅；热输入过低，钎料无法充分润湿母材，接头强度不足。需要通过试焊确定最佳热输入窗口。
钎料选择：常用ER70S-6低碳钢焊丝作为钎料，其熔点低于母材，流动性好。对于高锌镀层钢板，也可选用含Zn-Fe合金的专用钎料。
接头设计：搭接接头（lap joint）是镀锌薄板钎焊最常用的接头形式。搭接长度一般为板厚的4-6倍。T型接头和角接头也可采用，但需要更精确的参数控制。
镀锌层预处理：焊接前需去除镀锌层表面的油污和杂质，但无需完全去除锌层。锌层在钎焊过程中起到一定的隔离作用，有助于防止母材过热。

应用现状与工程实践

汽车制造领域的应用

镀锌薄钢板电弧钎焊在汽车制造中的应用最为广泛，主要体现在以下几个方面：

车身外覆盖件焊接：车门、引擎盖、行李箱盖等外覆盖件通常采用镀锌钢板以提高耐腐蚀性。电弧钎焊可以在不破坏镀锌层的情况下实现高质量连接。
车身结构件焊接：车架纵梁、横梁等结构件的镀锌钢板连接。
内饰件焊接：仪表板支架、座椅框架等。

电器制造领域的应用

在电器制造中，镀锌薄钢板电弧钎焊用于：

配电箱和开关柜制造：柜体框架和面板的连接。
家用电器外壳焊接：洗衣机、冰箱等家电的外壳和内部支架焊接。
变压器和电机铁芯：硅钢片或镀锌钢板的叠片连接。

变形控制优势

文中特别指出，电弧钎焊对薄板及薄壁容器进行焊接时变形量很小。这是因为钎焊过程中母材保持固态，热影响区极小，热应力和热变形显著低于熔焊。对于薄壁结构（板厚小于1.5 mm），电弧钎焊的变形量可比传统电弧焊减少50%-80%，这对于精密钣金件的制造具有重要意义。

常见缺陷与对策

缺陷类型	产生原因	预防措施
润湿不良	热输入不足、母材表面污染、钎料成分不当	提高热输入、清洁母材表面、优化钎料成分
气孔	母材表面氧化、钎料含碳量高、保护不良	改善保护气体流量、降低钎料含碳量、控制母材温度
锌蒸气飞溅	热输入过高导致锌层蒸发	降低热输入、增加焊接速度、优化电弧参数
接头强度不足	钎料未充分填充、润湿面积小	增加搭接长度、优化钎料送进方式
热裂纹	钎料凝固收缩应力过大	控制钎料成分、优化接头设计

学习心得与工程启示

通过阅读本文，我深刻认识到电弧钎焊作为一种"准焊接"技术，在镀锌薄板连接领域具有不可替代的优势。其核心价值在于：在不破坏母材镀锌层的前提下实现高质量连接，从根本上解决了镀锌钢板焊接的锌蒸发难题。

从工程实践角度而言，电弧钎焊的成功应用需要关注以下几点：一是焊接参数的精确控制，特别是热输入的控制窗口较窄，需要经验丰富的操作人员或高度自动化的焊接设备；二是接头设计对钎焊质量的影响，搭接长度、间隙控制等都需要在工艺规程中明确规定；三是钎料的选用与母材匹配，不同镀锌层类型（热镀锌、电镀锌、合金化镀锌）对钎料选择有不同要求。

随着汽车轻量化和防腐要求的不断提高，镀锌薄钢板电弧钎焊技术将在未来汽车制造中发挥更加重要的作用。特别是与机器人焊接系统的结合，将进一步提升生产效率和焊接质量的稳定性。