用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲的製作方法
2023-04-24 08:09:41 2
專利名稱：用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料焊接領域，具體涉及ー種用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲。
背景技術：
鋁合金/鋼異種金屬焊接結構可以充分利用兩種材料的固有優勢，如減輕重量、節省材料、降低能耗、降低汙染等。因此，實現鋁合金與鋼的可靠性連接具有十分重要的現實意義。經研究發現，焊縫中添加Si元素能夠有效抑制鋁合金/鋼異種金屬焊接界面層中Fe-Al脆性金屬間化合物層的生長，使用4043鋁矽焊絲焊接5A06鋁合金與304不鏽鋼時，接頭抗拉強度可達125MPa (非專利文獻1:LIN S B，et al., Metallurgicalana mechanical investigations of aluminum-stee_L butt joint made bytungsten inert gas welding-brazing, Science and Technology of Welding andJoining, 14(2009)636-639.)。然而，該技術中的接頭抗拉強度還有待於進ー步提高。此外，為了使熔融焊絲在鋼表面能夠良好地鋪展潤溼，該技術還需要在鋼表面額外進行鍍層或者塗敷釺劑的繁雜エ序。
發明內容
本發明的目的是提供ー種用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲，解決現有焊絲接頭強度不高、鋼表面需要鍍層或者塗敷釺劑等問題。本發明採用的技術方案是:ー種用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲，其特徵是，所述焊絲具有由ZnO粉末與氟化物釺劑CsAlF4或KA1F4混勻後封裝到填充焊絲芯部形成的藥芯。即，本發明是關於將ZnO粉末與氟化物釺劑混合均勻後作為藥芯封裝到填充焊絲芯部而製得的一種用於直接焊接鋁合金與鋼異種金屬的藥芯焊絲。本發明研製的焊絲中，藥芯成分為ZnO粉末與氟化物釺劑CsAlF4或KA1F4的混合物。在將ZnO粉末與氟化物釺劑封裝之前，應將兩種粉末混勻並烘乾，例如可以在封裝前先用酒精等揮發性溶劑將混合物粉末調成均勻糊狀後烘乾，再通過常規的藥芯焊絲製造技術將其封裝進焊絲芯部。作為填充焊絲，優選採用鋁矽焊絲(例如ER4043或ER4047鋁矽焊絲)或者純鋁焊絲。藥芯中ZnO粉末的質量百分比優選為60%_80%，其餘為氟化物釺劑(即氟化物釺劑為20%-40%)。本發明的發明人經過大量研究發現，當藥芯中ZnO粉末的質量百分比在上述範圍時，所得接頭抗拉強度與熔融焊絲在鋼表面的鋪展潤溼性的平衡性優異。藥芯添加量按照最終成品焊絲的體積百分比計算，優選為15%_30%(即藥芯體積佔最終成品焊絲體積的15%-30%)。使用本發明研製的焊絲進行鋁合金/鋼異種金屬連接時，焊絲藥芯中ZnO的加入使得焊縫中形成了 ZnO/Al金屬陶瓷，有效地提高了鋁合金/鋼接頭的抗拉強度(尤其是ZnO粉末的質量百分比在60%-80%範圍時，接頭抗拉強度最優)。此外，由於本發明研製的焊絲的藥芯中含有氟化物釺劑，因此可以直接進行鋁合金/鋼的熔釺焊，免去了在鋼表面額外進行塗敷釺劑等的繁雜エ序，顯著提高了焊接效率，可以直接得到成型良好的焊縫。實驗結果表明，尤其當使用藥芯中ZnO粉末的質量百分比在60%-80%範圍的焊絲進行鋁合金/鋼異種金屬連接時，熔融焊絲可以在鋼表面良好地鋪展潤溼，所得鋁合金/鋼接頭外形美觀，抗拉強度高。
具體實施例方式下述實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實施例1焊絲製備:先用酒精將ZnO粉末與CsAlF4的混合物(ZnO質量份數為60%，每50g混合物粉末兌95%酒精200ml)調成均勻糊狀後烘乾得到藥芯成分。使用與ER4043鋁矽焊絲相同成分的帶材(寬8mm,厚0.5mm)軋製成U形,將藥芯成分填充到U形槽底部,填充率30%，將U形槽合ロ，使藥芯成分包裹其中。然後使其分別通過不同直徑的拉絲摸，經過多次拉拔、減徑，最終製得直徑1.8mm的藥芯焊絲。使用上述焊絲進行5A02鋁合金(厚2mm) /Q235B碳鋼(厚1.5mm)搭接試驗，焊接方法為鎢極氬弧焊。保護氣(Ar)流量為10L/min，焊接電流為60A，焊接速度為2mm/s，弧長為3_。結果表明，焊接過程中熔滴過渡穩定並且在鋼表面鋪展潤溼良好，所獲得的焊縫成型美觀。當送絲速度分別為19mm/S、21mm/S時，接頭抗拉強度分別達到130MPa、134MPa。接頭抗拉強度的測定方法如下:使用線切割方法加工獲得標準拉伸試樣，接頭焊縫位於拉伸試樣的中間部位，使用DNS-100型電子萬能試驗機測得焊接接頭的抗拉強度，拉伸速率為3mm/min0實施例2焊絲製備:先用酒精將ZnO粉末與CsAlF4的混合物(ZnO質量份數為70%，每50g混合物粉末兌95%酒精200ml)調成均勻糊狀後烘乾得到藥芯成分。除了使用與ER4047鋁矽焊絲相同成分的帶材外，按照與實施例1相同的方法製得藥芯焊絲，藥芯填充率為30%，焊絲直徑為1.8mm。使用上述焊絲進行5A02鋁合金(厚2mm) /Q235B碳鋼(厚1.5mm)搭接試驗，焊接方法為鎢極氬弧焊。保護氣(Ar)流量為10L/min，焊接速度為2mm/s，弧長為3mm。結果表明，焊接過程中熔滴過渡穩定並且在鋼表面鋪展潤溼良好，所獲得的焊縫成型美觀。此外，焊接電流60A、送絲速度分別為16mm/S、21mm/S時，接頭抗拉強度分別達到133MPa、136MPa ；焊接電流70A、送絲速度27mm/s時，接頭抗拉強度達到130MPa (接頭抗拉強度的測定方法同實施例1)。實施例3焊絲製備:先用酒精將ZnO粉末與CsAlF4的混合物(ZnO質量份數為60%，每50g混合物粉末兌95%酒精200ml)調成均勻糊狀後烘乾得到藥芯成分。除了使用純鋁的帶材夕卜，按照與實施例1相同的方法製得藥芯焊絲，藥芯填充率為30%，焊絲直徑為1.8mm。
使用上述焊絲進行5A02鋁合金(厚2mm)/AISI304不鏽鋼(厚1.5mm)搭接試驗，焊接方法為鎢極氬弧焊。保護氣(Ar)流量為10L/min，焊接電流為50A，焊接速度為2mm/s，弧長為3_。結果表明，焊接過程中熔滴過渡穩定並且在鋼表面鋪展潤溼良好，所獲得的焊縫成型美觀。此外，送絲速度為4.5mm/s時，接頭抗拉強度為121MPa(接頭抗拉強度的測定方法同實施例1)。比較例I使用與實施例1同樣的焊接方法和エ藝參數，焊絲換為常規商用的ER4043實芯矽鋁焊絲。結果表明，熔融焊縫金屬在鋼表面潤溼鋪展較差，難以得到成型美觀的焊縫，接頭抗拉強度很低，平均抗拉強度為32MPa (接頭抗拉強度的測定方法同實施例1)。比較例2使用與實施例2同樣的焊接方法和エ藝參數，焊絲換為常規商用的ER4047實芯矽鋁焊絲。結果表明，熔融焊縫金屬在鋼表面潤溼鋪展較差，難以得到成型美觀的焊縫，接頭抗拉強度較低，平均抗拉強度為36MPa (接頭抗拉強度的測定方法同實施例1)。比較例3使用商用的AlSil2藥芯焊絲(上海龍浩新材料技術有限公司生產，藥芯成分為KAlF4,藥芯約佔焊絲體積的20%)進行5A02鋁合金(厚2mm) /Q235B碳鋼(厚1.5mm)搭接試驗，焊接方法為鎢極氬弧焊。保護氣(Ar)流量為10L/min，焊接速度為lmm/s，弧長為3mm。結果表明，熔融焊縫金屬在鋼表面潤溼鋪展較好，但焊接電流40A、送絲速度300mm/min時，所得接頭抗拉強度僅為85MPa (接頭抗拉強度的測定方法同實施例1)。
權利要求
1.一種用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲，其特徵是，所述焊絲具有由ZnO粉末與氟化物釺劑CsAlF4或KAlF4混勻後封裝到填充焊絲芯部形成的藥芯。
2.根據權利要求1所述的焊絲，其特徵是，填充焊絲採用鋁矽焊絲或者純鋁焊絲。
3.根據權利要求1或2所述的焊絲，其特徵是，藥芯中ZnO粉末的質量百分比為60%-80%，藥芯體積佔最終成品焊絲體積的15%-30%。
全文摘要
本發明提供一種用於鋁合金/鋼異種金屬焊接的焊絲，其特徵是，所述焊絲具有由ZnO粉末與氟化物釺劑CsAlF4或KAlF4混勻後封裝到填充焊絲芯部形成的藥芯。實驗結果表明，尤其當使用藥芯中ZnO粉末的質量百分比在60%-80%範圍的焊絲進行鋁合金/鋼異種金屬連接時，熔融焊絲可以在鋼表面良好地鋪展潤溼，所得鋁合金/鋼接頭外形美觀，抗拉強度高。
文檔編號B23K35/368GK103084760SQ20131005758
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月22日 優先權日2013年2月22日
發明者董紅剛, 郝曉虎 申請人:大連理工大學