一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法

2023-05-18 12:27:41 3

專利名稱：一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法
技術領域：
本發明屬於材料加工及製造工程技術領域，涉及到鋁與無鍍層鋼之間異種材料的焊接技術，特別涉及到鋁與無鍍層鋼的藥芯焊絲氣體保護焊。
背景技術：
目前，鋁和鋼的直接焊接技術中應用較多的是爆炸焊、摩擦焊、釺焊等方法。或者， 先在鋼表面鍍上一層鋅、鋁等過渡層金屬，然後將鋁與鍍層鋼進行焊接。爆炸焊和摩擦焊對 焊接接頭型式有特殊要求，只能焊接一定形狀的工件[文獻1-2]。鋁和鋼釺焊時，一般先在 鋼表面塗上一層釺劑，然後使用釺料進行爐中釺焊或者電弧熔釺焊進行焊接，這種操作過 程會影響到焊接生產效率[文獻3，文獻4-6]。如果在鋼表面鍍過渡層金屬，又增加了生產 工序和成本[文獻7]。由於焊接鋁_鋼系列合金製品有一定的困難，所以現行對鋁_鋼系列合金製品的 連接大多數是採用爆炸焊、摩擦焊等固相連接方法。但是連接工藝複雜，成本高，能源消耗 大。而採用藥芯焊絲直接焊接鋁和鋼，可以將釺焊和弧焊結合在一起。文獻[8]和文 獻[9]採用鋁合金藥芯焊絲對鋁和鋼進行了熔化極氣體保護(MIG)焊。其中文獻[8]採用 鋁-矽藥芯焊絲所得到的焊接接頭拉伸強度達到鋁合金母材拉伸強度的70%。以下是在本專利申請說明書中涉及到的專利文獻和非專利文獻列表。[1]王建民，朱錫，劉潤泉，爆炸焊接工藝對鋁-鋼複合板界面性能的影響，武漢理 工大學學報，2007，29，7 103-105.[2]S. Fukumoto, H. Tsubakino, K. Okita, etc. Friction welding process of 5052aluminium alloy to 304 stainless steel. Materials Science and Technology, 1999，15 1080-1086.[3] Shuying LIU, Akio SUZUMURA, Toshi-Taka IKESH0JI, etc. Brazing ofstainless steel to various aluminum alloys in air. JSME International Journal A, 2005，48 (4)420-425.[4]鋁鋼異種金屬預塗層連接方法，中國專利(CN101259563)，2008.[5] 一種適用於鋁合金/不鏽鋼異種金屬電弧熔-釺焊的釺劑，中國專利 (CN101434014) ,2008.[6] 一種用於聯接鋼管與鋁筋條的方法，中國專利(CN1255240C)，2006.[7]Ozlem Esma Gungor, Christoph Gerritsen.Effect of filler wire composition andmetallic coating on the joint performance of aluminium/steel braze-welds. Welding and Cutting，2008，7(5)303-312.[8] T. Murakami, K. Nakata, H. Tong, M. Ushio. Dissimilar metal joining ofaluminum to steel by MIG arc brazing using flux cored wire. ISIJ Int.,2003, 43(10) 1596-1602.
[9]不同材料接合用藥芯焊絲及不同材料接合方法，中國專利(CN101378873A)， 2009.根據以上的文獻檢索，沒有查到採用本專利申請書中所述方法焊接鋁和鋼的公開 技術和文獻資料。

發明內容
本發明要解決的技術問題是在進行鋁和鋼異種材料之間的焊接時，不需在鋼表 面鍍上過渡層金屬或在鋼表面預先塗敷釺劑，也使鋁與鋼之間的焊接不受接頭型式的限 制，能夠將生產效率高、應用廣泛的氣體保護焊技術應用於鋁和無鍍層鋼的焊接上，提供一 種實現鋁和無鍍層鋼之間高強度高效連接的焊接方法，從而減少鋁和鋼焊接生產時的製造 工序和成本。本發明的技術方案是在焊接鋁和無鍍層鋼時，使用藥芯焊絲氣體保護焊；施焊 前，鋼表面不需塗敷釺劑，也不需鍍上過渡層金屬；使用鎢極氣體保護焊(TIG焊)或熔化 極氣體保護焊(MIG焊)的方法進行焊接，使用焊絲是鋅基合金藥芯焊絲所採用的焊絲為鋅 鋁合金藥芯焊絲。使用焊絲是在鋅基合金材外皮內部填充焊劑而成的藥芯焊絲，使用的鋅 基合金藥芯焊絲中鋁的質量百分比是0. 1 30% ；使用的鋅基合金藥芯焊絲中焊劑是四氟 化銫鋁，其質量百分比是10 20%。採用MIG焊時，藥芯焊絲作為電極，在電弧熱作用下， 被焊的鋁或鋁合金母材接頭熔化，與藥芯焊絲一起形成最終焊縫，而鋼不熔化。採用TIG焊 時，藥芯焊絲作為不帶電的填充金屬，在電弧作用下熔化，與熔化的鋁或鋁合金母材形成最 終焊縫，鋼不熔化。1.實現鋁-無鍍層鋼TIG焊的具體工藝步驟(1)清理工件的待焊部位採用丙酮去除工件表面油脂，不鏽鋼鋼絲刷清除工件 待焊表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作檯的夾具上；(3)選擇好適當的工藝規範，將氬弧焊槍鎢極端部對準焊縫中心，啟動焊接開關， 起弧，電弧穩定建立後，從電弧前端送入鋅基藥芯焊絲，焊槍開始移動；(4)收弧和停焊施焊到工件末端，關掉焊接開關，焊接過程結束。2.實現鋁_無鍍層鋼MIG焊的具體工藝步驟(1)清理工件的待焊部位採用丙酮去除工件表面油脂，不鏽鋼鋼絲刷清除工件 待焊表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作檯的夾具上；(3)選擇好適當的工藝規範，將藥芯焊絲端部對準焊縫中心，啟動焊接開關，起弧， 焊槍開始移動；(4)收弧和停焊施焊到工件末端，關掉焊接開關，焊接過程結束。本發明的效果和益處是鋁與無鍍層鋼之間的焊接工藝克服了異種金屬熔點和熱 膨脹係數差異大、不易實現電弧焊連接的技術瓶頸，實現了鋁及鋁合金與鐵基金屬之間的 異種金屬焊接。焊縫表面質量好，接頭強度高，接頭拉伸強度能夠達到鋁合金母材水平。其 焊接工藝簡單，生產效率高，節省能耗，減少了鋁和鋼焊接生產時的製造工序和成本。
具體實施例方式以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施例。實施例1.鋁與無鍍層鋼異種材料的TIG焊
所採用的鋁合金為2mm厚的5A02鋁合金板，無鍍層鋼為1. 5mm厚的304不鏽鋼板， 焊接方法採用鎢極惰性氣體保護(TIG)焊，焊絲為含鋁量為15% (質量百分比)的鋅基藥 芯焊絲。其焊接工藝步驟如下(1)施焊前，用丙酮去除工件表面油汙，用不鏽鋼絲刷去除待焊工件表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作檯的夾具上，接頭採用搭接形式，鋁板在上，不鏽鋼在 下，搭接寬度為18mm;(3)所用鎢極直徑為3. 2mm，鎢極尖端夾角30°，焊接電流40A，氬氣流量12L/ min ；(4)將鎢極端部對準搭接部位鋁合金邊緣，焊槍前傾10° 15°，電弧高度為 5mm ；(5)啟動焊接開關，電弧穩定建立後，從電弧前端平穩地往熔池中填加鋅基藥芯焊 絲；(6)以60mm/min的焊接速度，施焊到工件末端，關掉焊接開關，焊接過程結束。實施例2.鋁與無鍍層鋼異種材料MIG焊(1)施焊前，用丙酮去除工件表面油汙，用不鏽鋼絲刷去除待焊工件表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作檯的夾具上，接頭採用搭接形式，鋁板在上，不鏽鋼在 下，搭接寬度為18mm，所用藥芯焊絲直徑為1.6mm;(3)焊接電流20 80A，焊接電壓5 26V，氬氣流量12L/min，焊槍前傾10° 15° ；(4)將藥芯焊絲端部對準搭接部位鋁合金邊緣，啟動焊接開關，焊接過程開始；(5)以30 90mm/min的行走速度，施焊到工件末端，關掉焊接開關，焊接過程結
束ο經採用實施例1和實施例2中所述方法焊接的鋁_鋼異種金屬焊接接頭均勻美 觀，所制鋁-鋼異種金屬焊接接頭的拉伸強度達到鋁合金母材拉伸強度的80%以上。
權利要求
一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法，其特徵在於在焊接鋁和無鍍層鋼時，使用藥芯焊絲氣體保護焊；施焊前，鋼表面不需塗敷釺劑，也不需鍍上過渡層金屬；使用鎢極氣體保護焊或熔化極氣體保護焊的方法進行焊接，使用焊絲是鋅基合金藥芯焊絲。
2.根據權利要求1所述的一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法，其特徵在於使用焊絲 是在鋅基合金材外皮內部填充焊劑而成的藥芯焊絲，使用的鋅基合金藥芯焊絲中鋁的質 量百分比是0. 1 30% ；使用的鋅基合金藥芯焊絲中焊劑是四氟化銫鋁，其質量百分比是 10 20%。
全文摘要
一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法，屬於材料加工及製造工程技術領域。其特徵是在進行鋁和鋼異種金屬之間的焊接時，不需在鋼表面鍍過渡層金屬或預先塗敷釺劑，採用鎢極氣體保護焊或熔化極氣體保護焊工藝，所用焊絲為鋅基合金材內部填充焊劑的藥芯焊絲，該焊絲中鋁的質量百分比是0.1～30％，填充焊劑是四氟化銫鋁，其質量百分比是10～20％，能實現鋁及鋁合金與無鍍層鋼的直接焊接。本發明的效果和益處是所制鋁-鋼異種金屬接頭的拉伸強度達到鋁合金母材拉伸強度的80％以上，工藝簡單，節省能耗，減少製造工序和成本，可廣泛用於鋁及鋁合金與無鍍層鋼和鑄鐵等鐵基材料之間異種金屬製品的焊接。
文檔編號B23K9/23GK101804499SQ20101010815
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月2日 優先權日2010年2月2日
發明者楊麗群, 董紅剛, 董闖 申請人:大連理工大學