適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層tig熔-釺焊方法
2023-05-02 16:56:31
專利名稱：適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層tig熔-釺焊方法
技術領域：
本發明涉及焊接技術，具體說就是一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層 TIG熔-釺焊方法。
(二)
背景技術：
目前，對於特殊條件下工作的最新技術裝備首要任務是獲得鋁/鋼異種合金的優 質焊接接頭，然而，兩者之間固溶度很低、熱物理性能差異大，且極易反應生成脆性的金屬 間化合物，嚴重惡化了接頭的力學性能，一直是焊接領域的難點問題。儘管採用熱壓焊、摩 擦焊、擴散焊等固相連接方法能夠實現鋁/鋼異種合金的優質連接，但是這些焊接方法設 備複雜，耗費高，對工件尺寸及焊接場所有嚴格的限制，使其難以在實際生產中得到廣泛的 應用。 近來，熔_釺焊方法成為鋁/鋼異種金屬連接的熱門研究方向，熔_釺焊要求焊接 電源能夠實現熱輸入的嚴格控制，主要有三類焊接熱源滿足條件電弧熱、雷射熱及電子束 熱，其中電弧焊是最為常用的焊接方法，如果能夠以電弧為熱源實現鋁及其合金與鋼異種 金屬的優質連接具有重要的意義。TIG熔_釺焊是以鎢極氬弧為熱源對鋁合金與不鏽鋼工 件進行加熱，同時通過連續送進鋁基焊絲填充接頭，鋁合金處於熔化狀態，為熔焊結合，而 鋼母材不熔化，為釺焊結合，其實質是熔化的鋁及焊絲與固態的鋼通過界面反應結合在一 起的，焊接過程兼備熔焊和釺焊的雙重特點。因此液態的鋁基釺料在固態的鋼表面的潤溼 鋪展對於實現鋁/鋼優質連接具有決定性的影響。 發明專利(申請號200810209813. 6)研製出了 "一種適用於鋁合金與不鏽鋼異種 金屬電弧熔-釺焊的釺劑"，這種釺劑能夠在電弧動態加熱條件下顯著促進液態釺料在鋼表 面的潤溼鋪展，改善焊縫表面成形，然而，釺劑本身只是獲得良好的鋁/鋼電弧熔_釺焊接 頭的前提條件。這種釺劑必須配合特殊焊接方法及工藝措施，才能實現鋁/鋼異種合金電 弧熔-釺焊的可靠連接。
(三)
發明內容
本發明的目的在於提供一種以TIG電弧為熱源，採用輔助塗層、接頭坡口設計及 焊接工藝技術的適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔-釺焊方法。
本發明的目的是這樣實現的所述的一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層 TIG熔-釺焊方法，方法步驟如下 步驟一 鋁與鋼板對接接頭開非對稱V形坡口，鋼側坡口角度為20 50° ，鋁側 坡口角度為0 30。； 步驟二 將鋁和鋼件坡口及上下表面進行機械打磨去除氧化膜，並用丙酮擦拭去 除表面油汙，然後在鋼件坡口及5 20mm範圍內的上下表面塗敷輔助層，輔助塗層厚度為 0. 1 0. 5mm ^ 步驟三將工件固定在銅 鋼複合墊板上，墊板從中間線分開， 一半為紫銅， 一半為鋼，將鋼件定固在銅墊板上，將鋁件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬為5 15mm，厚 為0. 5 2. 0mm的成形槽； 步驟四接頭對接間隙為o 3. 0mm，電弧長度1 6mm，電弧加熱位置偏鋼側0 2mm 5 步驟五採用交流TIG焊機，氬氣保護，鎢極直徑為2. 0 5. Omm，鎢極端部呈半球 狀； 步驟六選用鋁基焊絲，焊絲直徑1. 0 3. Omm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽；
步驟七在焊接過程中，電弧熱首先使輔助塗層熔化，在鋼坡口表面形成液態薄 膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產生 熔化現象；焊絲迅速熔化，在輔助塗層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤溼鋪展；焊絲不斷送 進並熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當熱源移開時，釺料鋪展停止，最終獲得良好 的焊縫成形。
本發明還有以下技術特徵 (1)所述的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；所述的鋼為不鏽鋼、碳鋼、合金鋼；所 述的鋁及鋁合金與鋼件的厚度為小於5. Omm ;所述的焊絲為除鋁鎂焊絲之外的其它鋁基焊 絲，特別適用於鋁矽、鋁銅基焊絲。 (2)所述的輔助塗層成分及塗覆方法如下輔助塗層成分以KA1F4和K3A1F6為基 體，基體配比中適當增加了 K3A1F6的含量，其質量百分比偏離了 Nocolok釺劑中的共晶成 分(KAlF4+28% K3A1F6)點，具體組成為KA1F4+K3A1F6(30% -40% )加入一定量的Zn、Sn活 性金屬粉和K2SiF6界面活性劑，並添加了少量具有特殊功效的KBF4、 K2ZrF6和SrF2。塗覆 方法為焊前將配置好的釺劑倒入容器中，用丙酮或無水乙醇調和成均勻的懸浮物狀溶液， 然後用細毛刷均勻地塗覆於清理乾淨的不鏽鋼表面，塗層厚度以蓋住不鏽鋼底色為宜，在 0. 1-0. 5mm左右，待釺劑層晾乾(或吹乾)後即可進行焊接。 本發明一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔-釺焊方法，在TIG電 弧加熱條件下，鋁母材發生熔化，為熔焊接頭，而鋼不發生熔化，在輔助塗層的作用下，液態 鋁基釺料在鋼表面潤溼鋪展充分，為釺焊接頭，同時輔助塗層在鋼表面具有較強的粘合力， 不易被電弧吹掉，焊接過程穩定，獲得了成形良好的鋁/鋼異種合金TIG熔釺焊對接接頭。
(四)
圖1為本發明的鋁/鋼異種合金輔助塗層TIG熔-釺焊接過程示意圖。
(五)
具體實施例方式
下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。 實施例1 :結合圖1 ，本發明一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔_釺 焊方法，方法步驟如下 步驟一 鋁與鋼板對接接頭開非對稱V形坡口，鋼側坡口角度為20 50° ，鋁側 坡口角度為0 30。； 步驟二將鋁和鋼件坡口及上下表面進行機械打磨去除氧化膜，並用丙酮擦拭去 除表面油汙，然後在鋼件坡口及5 20mm範圍內的上下表面塗敷輔助層，輔助塗層厚度為
40. 1 0. 5mm j 步驟三將工件固定在銅 鋼複合墊板上，墊板從中間線分開， 一半為紫銅， 一半 為鋼，將鋼件定固在銅墊板上，將鋁件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬為5 15mm，厚 為0. 5 2. 0mm的成形槽； 步驟四接頭對接間隙為0 3. 0mm，電弧長度1 6mm，電弧加熱位置偏鋼側0 2mm 5 步驟五採用交流TIG焊機，氬氣保護，鎢極直徑為2. 0 5. Omm，鎢極端部呈半球 狀； 步驟六選用鋁基焊絲，焊絲直徑1. 0 3. Omm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽；
步驟七在焊接過程中，電弧熱首先使輔助塗層熔化，在鋼坡口表面形成液態薄 膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產生 熔化現象；焊絲迅速熔化，在輔助塗層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤溼鋪展；焊絲不斷送 進並熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當熱源移開時，釺料鋪展停止，最終獲得良好 的焊縫成形。
本發明還有以下技術特徵 所述的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；所述的鋼為不鏽鋼、碳鋼、合金鋼；所述的 鋁及鋁合金與鋼件的厚度為小於5. Omm ;所述的焊絲為除鋁鎂焊絲之外的其它鋁基焊絲， 特別適用於鋁矽、鋁銅基焊絲。 所述的輔助塗層成分及塗覆方法如下輔助塗層成分以KA1F4和K3A1F6為基體， 基體配比中適當增加了 K3A1F6的含量，其質量百分比偏離了 Nocolok釺劑中的共晶成分 (KAlF4+28% K3A1F6)點，具體組成為:KA1F4+K3A1F6 (30 % -40% )加入一定量的Zn、 Sn活 性金屬粉和K2SiF6界面活性劑，並添加了少量具有特殊功效的KBF4、 K2ZrF6和SrF2。塗覆 方法為焊前將配置好的釺劑倒入容器中，用丙酮或無水乙醇調和成均勻的懸浮物狀溶液， 然後用細毛刷均勻地塗覆於清理乾淨的不鏽鋼表面，塗層厚度以蓋住不鏽鋼底色為宜，在 0. 1-0. 5mm左右，待釺劑層晾乾(或吹乾)後即可進行焊接。 實施例2 :5A06鋁合金與SUS321不鏽鋼板3. Omm厚對接試件，其輔助塗層TIG 熔-釺焊接方法由以下步驟完成(l)不鏽鋼板開坡口角度為45。，鋁合金板坡口角度為 30° ;(2)將鋁合金和不鏽鋼件坡口及上下表面進行機械打磨去除氧化膜，並用丙酮擦拭 去除表面油汙，然後在不鏽鋼件坡口及15mm附近上下表面塗敷輔助層，輔助塗層厚度為
0. 3mm ;(3)將不鏽鋼件定固在銅墊板上，將鋁合金件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬 為8mm，厚為0. 5的成形槽；(4)接頭對接間隙為2. Omm，電弧長度4. Omm，電弧加熱位置位置 偏鋼側lmm;(5)採用交流TIG焊機，氬氣保護，鎢極直徑為2. 4mm，鎢極端部呈半球狀；(6) 選用鋁矽焊絲，焊絲直徑2. Omm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽。通過本實施方式，焊接過 程穩定，獲得了成形良好的鋁合金/不鏽鋼TIG熔-釺焊對接接頭。 實施例3 :本實施方式在步驟(1) 、 (4) 、 (6)中，鋁板為純鋁或6A02鋁合金，鋼板為 低碳鋼，板厚為2.0mm，鋼板坡口角度為4(T ，鋁合金板坡口角度為20° ;接頭對接間隙為
1. 5mm，電弧長度3. Omm，電弧加熱位置位置偏鋼側0. 5mm ;選用鋁矽焊絲，焊絲直徑1. 2mm。
實施例4 :本實施方式在步驟(1) 、 (2) 、 (3)中，不鏽鋼板坡口角度為30° ，鋁合金 板坡口角度為25。；將發明專利(申請號200810209813. 6)中的釺劑用丙酮調和均勻，呈懸浮物狀，用細毛刷將懸浮物溶液均勻塗覆在不鏽鋼件坡口及10mm附近上下表面，輔助塗 層厚度為0. 2mm;將工件固定在銅-鋼複合墊板上，墊板中間開一個寬為12隱，厚為1.0mm
的成形槽。 實施例5 :本實施方式在步驟(4) 、 (5) 、 (6)中，接頭對接間隙為3. 0mm，電弧長度 3. Omm，電弧加熱位置居中；採用方波交流TIG焊機，鎢極直徑為3. 2mm ;選用鋁銅焊絲，焊絲 直徑為2. 5mm。
權利要求
一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔-釺焊方法，其特徵在於方法步驟如下步驟一鋁與鋼板對接接頭開非對稱V形坡口，鋼側坡口角度為20～50°，鋁側坡口角度為0～30°；步驟二將鋁和鋼件坡口及上下表面進行機械打磨去除氧化膜，並用丙酮擦拭去除表面油汙，然後在鋼件坡口及5～20mm範圍內的上下表面塗敷輔助層，輔助塗層厚度為0.1～0.5mm；步驟三將工件固定在銅～鋼複合墊板上，墊板從中間線分開，一半為紫銅，一半為鋼，將鋼件定固在銅墊板上，將鋁件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬為5～15mm，厚為0.5～2.0mm的成形槽；步驟四接頭對接間隙為0～3.0mm，電弧長度1～6mm，電弧加熱位置偏鋼側0～2mm；步驟五採用交流TIG焊機，氬氣保護，鎢極直徑為2.0～5.0mm，鎢極端部呈半球狀；步驟六選用鋁基焊絲，焊絲直徑1.0～3.0mm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽；步驟七在焊接過程中，電弧熱首先使輔助塗層熔化，在鋼坡口表面形成液態薄膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產生熔化現象；焊絲迅速熔化，在輔助塗層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤溼鋪展；焊絲不斷送進並熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當熱源移開時，釺料鋪展停止，最終獲得良好的焊縫成形。
2. 根據權利要求1所述的一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔-釺焊方法，其特徵在於所述的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；所述的鋼為不鏽鋼、碳鋼、合金鋼；所述的鋁及鋁合金與鋼件的厚度為小於5. Omm ;所述的焊絲為除鋁鎂焊絲之外的其它鋁基焊絲，特別適用於鋁矽、鋁銅基焊絲。
3. 根據權利要求1所述的一種適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔-釺焊方法，其特徵在於所述的輔助塗層成分及塗覆方法如下輔助塗層成分以KAH^和K3A1F6為基體，基體配比中適當增加了K3AlFe的含量，其質量百分比偏離了Nocolok釺劑中的共晶成分(KAlF4+28% K3A1F6)點，具體組成為:KA1F4+K3A1F6(30% -40% )加入一定量的Zn、 Sn活性金屬粉和K2SiF6界面活性劑，並添加了少量具有特殊功效的KBF4、 K2ZrF6和Sr&，塗覆方法為焊前將配置好的釺劑倒入容器中，用丙酮或無水乙醇調和成均勻的懸浮物狀溶液，然後用細毛刷均勻地塗覆於清理乾淨的不鏽鋼表面，塗層厚度以蓋住不鏽鋼底色為宜，在0. 1 0. 5mm左右，待釺劑層晾乾(或吹乾)後即可進行焊接。
全文摘要
本發明提供一種以TIG電弧為熱源，採用輔助塗層、接頭坡口設計及焊接工藝技術的適用於鋁/鋼異種合金對接的輔助塗層TIG熔-釺焊方法。在焊接過程中，電弧熱首先使輔助塗層熔化，在鋼坡口表面形成液態薄膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產生熔化現象；焊絲迅速熔化，在輔助塗層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤溼鋪展；焊絲不斷送進並熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當熱源移開時，釺料鋪展停止。焊接過程穩定，獲得了成形良好的鋁/鋼異種合金TIG熔釺焊對接接頭。
文檔編號B23K1/00GK101745709SQ20091007346
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月21日 優先權日2009年12月21日
發明者宋建嶺, 張東衛, 楊春利, 林三寶, 顧文軍 申請人:哈爾濱工業大學