[发明专利]一种压缩空气辅助的激光熔融去除镀层的装置及方法

说明书

本发明公开了一种压缩空气辅助的激光熔融去除镀层的装置，包括激光头、保护气管、传送机构和板材夹具；其中，保护气管包括出气口、第一气管、第二气管、第一气阀和第二气阀，第一气阀用于控制第一气管的开启和闭合，第二气阀用于控制第二气管的开启和闭合；激光头设置为用于使激光和保护气体通过激光头聚焦照射到板材上，保护气管将保护气体送到指定位置，传送机构设置为用于传送板材，板材夹具设置为用于固定板材。本发明的一种压缩空气辅助的激光熔融去除镀层的方法是激光通过激光头聚焦照射到板材表面，调整激光头的高度以调整激光在板材表面形成光斑的尺寸，保护气管将保护气体送到熔池位置，实现激光去除镀层。

技术领域

本发明涉及激光焊接领域，尤其涉及一种压缩空气辅助的激光熔融去除镀层的装置及方法。

背景技术

高强钢越来越多地应用于例如汽车领域，在不牺牲强度、冲击性能的条件下，通过减少用料板的厚度，降低车身重量，从而降低燃油消耗。当强度达到一定程度时，普通的冷成形方法很难将高强钢板材冲压成有精度要求的合适形状。冷成形方法下，需要更高的压力吨位，对模具也会产生更大的磨损。热成形技术则是利用板料在热成形过程中强度的差异，在软态时成形，使零部件获得目标形状尺寸，然后在经过特别设计的水冷模具中冷却淬火，当冷却速度达到30K/s，会使材料从铁素体和珠光体的混合组织转变为马氏体组织，最终获得极高的强度，从而使该方法开始广泛地应用于汽车车身加强结构件。

热成形前需要将母材加热到900℃，使材料完全奥氏体化，保温一定时间后迅速转移到模具中，在加热和转移过程中，如果缺少合适的保护气氛，钢板会出现氧化起皮和脱碳的现象，表面质量差，需要后续喷砂处理。为了获得更好的表面质量并在服役过程中提供防护作用，通常选择热镀Al-Si镀层或Zn合金镀层，镀层在热成形过程中可以保持完整形貌，会抑制钢板的氧化和脱碳。

这类镀层钢板在激光拼焊时，镀层的铝成分渗入到焊缝区域，并且在随后模压淬火的热成形后出现强度不足的问题。因而在焊接此类板料时需要在待焊接区域内沿焊接方向去除镀层。优选将该区域的宽度限制在3～5mm，否则焊缝区域仍会出现氧化起皮和脱碳，引起焊缝区域抗腐蚀性能的降低。

目前去除镀层的方法有多种，包括热学的、化学的和机械的方法。例如可以通过酸腐蚀指定区域去除镀层，但在去除时需要将板料其余部分费时地覆盖起来。另外，化学去除用到的酸性试剂控制不当易造成基板腐蚀，废液需要额外处理。机械方法中包括刨床、磨床等方法去除镀层，两者都要求板料的平整度非常高，由于待去除镀层很薄，在高度方向上需要机床保持高稳定性，否则很容易造成基板的机械损伤。而采用磨床去除镀层还存在一些问题，因为铝镀层较软，容易变形后嵌入砂轮，使砂轮在后续打磨过程中出现打滑的现象，降低了去除镀层的质量，另外高精度微米级磨床的造价成本高。

脉冲激光去除镀层的原理是采用高能量密度的激光将待去除区域中的镀层直接蒸发，例如德国新型专利DE202007018832U1，在合适的参数下，可以不将镀层完全地去除，而是将中间层保留在基体上，该中间层至少可以保护去除镀层的区域不受腐蚀。但该方法使用的脉冲激光器成本很高，尤其是飞秒或皮秒脉冲激光器。另外，激光烧蚀去除会在基板上形成一定深度的热影响区。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种压缩空气辅助的激光熔融去除镀层的装置及方法，结合了热效应和空气流体的作用，无损基材地去除镀层，效果显著，同时由压缩空气机和普通连续激光的组合替代昂贵的脉冲激光器作为光源，通过合适的气流压力、吹气角度，激光功率和移动速度就可以获得理想的去除效果，极大地降低了去除成本。另外，该普通连续激光器还可以通过保护气管装置用于激光焊接。

发明内容