CN101745709A - 适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层tig熔-钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以TIG电弧为热源，采用辅助涂层、接头坡口设计及焊接工艺技术的适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法。在焊接过程中，电弧热首先使辅助涂层熔化，在钢坡口表面形成液态薄膜；TIG电弧罩在焊丝上，直接对焊丝和熔池加热，而不直接对钢板加热，避免钢表面产生熔化现象；焊丝迅速熔化，在辅助涂层的作用下，在钢坡口表面迅速润湿铺展；焊丝不断送进并熔化，逐渐填满焊缝；同时电弧匀速行走，当热源移开时，钎料铺展停止。焊接过程稳定，获得了成形良好的铝/钢异种合金TIG熔钎焊对接接头。
Description
(一)技术领域
本发明涉及焊接技术，具体说就是一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法。
(二)背景技术
目前，对于特殊条件下工作的最新技术装备首要任务是获得铝/钢异种合金的优质焊接接头，然而，两者之间固溶度很低、热物理性能差异大，且极易反应生成脆性的金属间化合物，严重恶化了接头的力学性能，一直是焊接领域的难点问题。尽管采用热压焊、摩擦焊、扩散焊等固相连接方法能够实现铝/钢异种合金的优质连接，但是这些焊接方法设备复杂，耗费高，对工件尺寸及焊接场所有严格的限制，使其难以在实际生产中得到广泛的应用。
近来，熔-钎焊方法成为铝/钢异种金属连接的热门研究方向，熔-钎焊要求焊接电源能够实现热输入的严格控制，主要有三类焊接热源满足条件：电弧热、激光热及电子束热，其中电弧焊是最为常用的焊接方法，如果能够以电弧为热源实现铝及其合金与钢异种金属的优质连接具有重要的意义。TIG熔-钎焊是以钨极氩弧为热源对铝合金与不锈钢工件进行加热，同时通过连续送进铝基焊丝填充接头，铝合金处于熔化状态，为熔焊结合，而钢母材不熔化，为钎焊结合，其实质是熔化的铝及焊丝与固态的钢通过界面反应结合在一起的，焊接过程兼备熔焊和钎焊的双重特点。因此液态的铝基钎料在固态的钢表面的润湿铺展对于实现铝/钢优质连接具有决定性的影响。
发明专利(申请号200810209813.6)研制出了“一种适用于铝合金与不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂”，这种钎剂能够在电弧动态加热条件下显著促进液态钎料在钢表面的润湿铺展，改善焊缝表面成形，然而，钎剂本身只是获得良好的铝/钢电弧熔-钎焊接头的前提条件。这种钎剂必须配合特殊焊接方法及工艺措施，才能实现铝/钢异种合金电弧熔-钎焊的可靠连接。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种以TIG电弧为热源，采用辅助涂层、接头坡口设计及焊接工艺技术的适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法。
本发明的目的是这样实现的：所述的一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法，方法步骤如下：
步骤一：铝与钢板对接接头开非对称V形坡口，钢侧坡口角度为20～50°，铝侧坡口角度为0～30°；
步骤二：将铝和钢件坡口及上下表面进行机械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去除表面油污，然后在钢件坡口及5～20mm范围内的上下表面涂敷辅助层，辅助涂层厚度为0.1～0.5mm；
步骤三：将工件固定在铜～钢复合垫板上，垫板从中间线分开，一半为紫铜，一半为钢，将钢件定固在铜垫板上，将铝件定固在钢垫板上，垫板中间开一个宽为5～15mm，厚为0.5～2.0mm的成形槽；
步骤四：接头对接间隙为0～3.0mm，电弧长度1～6mm，电弧加热位置偏钢侧0～2mm；
步骤五：采用交流TIG焊机，氩气保护，钨极直径为2.0～5.0mm，钨极端部呈半球状；
步骤六：选用铝基焊丝，焊丝直径1.0～3.0mm，焊丝送到坡口根部，贴近成形槽；
步骤七：在焊接过程中，电弧热首先使辅助涂层熔化，在钢坡口表面形成液态薄膜；TIG电弧罩在焊丝上，直接对焊丝和熔池加热，而不直接对钢板加热，避免钢表面产生熔化现象；焊丝迅速熔化，在辅助涂层的作用下，在钢坡口表面迅速润湿铺展；焊丝不断送进并熔化，逐渐填满焊缝；同时电弧匀速行走，当热源移开时，钎料铺展停止，最终获得良好的焊缝成形。
本发明还有以下技术特征：
(1)所述的铝及铝合金为所有铝及其合金；所述的钢为不锈钢、碳钢、合金钢；所述的铝及铝合金与钢件的厚度为小于5.0mm；所述的焊丝为除铝镁焊丝之外的其它铝基焊丝，特别适用于铝硅、铝铜基焊丝。
(2)所述的辅助涂层成分及涂覆方法如下：辅助涂层成分以KAlF4和K3AlF6为基体，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：KAlF4+K3AlF6(30％-40％)加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2。涂覆方法为焊前将配置好的钎剂倒入容器中，用丙酮或无水乙醇调和成均匀的悬浮物状溶液，然后用细毛刷均匀地涂覆于清理干净的不锈钢表面，涂层厚度以盖住不锈钢底色为宜，在0.1-0.5mm左右，待钎剂层晾干(或吹干)后即可进行焊接。
本发明一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法，在TIG电弧加热条件下，铝母材发生熔化，为熔焊接头，而钢不发生熔化，在辅助涂层的作用下，液态铝基钎料在钢表面润湿铺展充分，为钎焊接头，同时辅助涂层在钢表面具有较强的粘合力，不易被电弧吹掉，焊接过程稳定，获得了成形良好的铝/钢异种合金TIG熔钎焊对接接头。
(四)附图说明
图1为本发明的铝/钢异种合金辅助涂层TIG熔-钎焊接过程示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图1，本发明一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法，方法步骤如下：
步骤一：铝与钢板对接接头开非对称V形坡口，钢侧坡口角度为20～50°，铝侧坡口角度为0～30°；
步骤二：将铝和钢件坡口及上下表面进行机械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去除表面油污，然后在钢件坡口及5～20mm范围内的上下表面涂敷辅助层，辅助涂层厚度为0.1～0.5mm；
步骤三：将工件固定在铜～钢复合垫板上，垫板从中间线分开，一半为紫铜，一半为钢，将钢件定固在铜垫板上，将铝件定固在钢垫板上，垫板中间开一个宽为5～15mm，厚为0.5～2.0mm的成形槽；
步骤四：接头对接间隙为0～3.0mm，电弧长度1～6mm，电弧加热位置偏钢侧0～2mm；
步骤五：采用交流TIG焊机，氩气保护，钨极直径为2.0～5.0mm，钨极端部呈半球状；
步骤六：选用铝基焊丝，焊丝直径1.0～3.0mm，焊丝送到坡口根部，贴近成形槽；
步骤七：在焊接过程中，电弧热首先使辅助涂层熔化，在钢坡口表面形成液态薄膜；TIG电弧罩在焊丝上，直接对焊丝和熔池加热，而不直接对钢板加热，避免钢表面产生熔化现象；焊丝迅速熔化，在辅助涂层的作用下，在钢坡口表面迅速润湿铺展；焊丝不断送进并熔化，逐渐填满焊缝；同时电弧匀速行走，当热源移开时，钎料铺展停止，最终获得良好的焊缝成形。
本发明还有以下技术特征：
所述的铝及铝合金为所有铝及其合金；所述的钢为不锈钢、碳钢、合金钢；所述的铝及铝合金与钢件的厚度为小于5.0mm；所述的焊丝为除铝镁焊丝之外的其它铝基焊丝，特别适用于铝硅、铝铜基焊丝。
所述的辅助涂层成分及涂覆方法如下：辅助涂层成分以KAlF4和K3AlF6为基体，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：KAlF4+K3AlF6(30％-40％)加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2。涂覆方法为焊前将配置好的钎剂倒入容器中，用丙酮或无水乙醇调和成均匀的悬浮物状溶液，然后用细毛刷均匀地涂覆于清理干净的不锈钢表面，涂层厚度以盖住不锈钢底色为宜，在0.1-0.5mm左右，待钎剂层晾干(或吹干)后即可进行焊接。
实施例2：5A06铝合金与SUS321不锈钢板3.0mm厚对接试件，其辅助涂层TIG熔-钎焊接方法由以下步骤完成：(1)不锈钢板开坡口角度为45°，铝合金板坡口角度为30°；(2)将铝合金和不锈钢件坡口及上下表面进行机械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去除表面油污，然后在不锈钢件坡口及15mm附近上下表面涂敷辅助层，辅助涂层厚度为0.3mm；(3)将不锈钢件定固在铜垫板上，将铝合金件定固在钢垫板上，垫板中间开一个宽为8mm，厚为0.5的成形槽；(4)接头对接间隙为2.0mm，电弧长度4.0mm，电弧加热位置位置偏钢侧1mm；(5)采用交流TIG焊机，氩气保护，钨极直径为2.4mm，钨极端部呈半球状；(6)选用铝硅焊丝，焊丝直径2.0mm，焊丝送到坡口根部，贴近成形槽。通过本实施方式，焊接过程稳定，获得了成形良好的铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊对接接头。
实施例3：本实施方式在步骤(1)、(4)、(6)中，铝板为纯铝或6A02铝合金，钢板为低碳钢，板厚为2.0mm，钢板坡口角度为40°，铝合金板坡口角度为20°；接头对接间隙为1.5mm，电弧长度3.0mm，电弧加热位置位置偏钢侧0.5mm；选用铝硅焊丝，焊丝直径1.2mm。
实施例4：本实施方式在步骤(1)、(2)、(3)中，不锈钢板坡口角度为30°，铝合金板坡口角度为25°；将发明专利(申请号200810209813.6)中的钎剂用丙酮调和均匀，呈悬浮物状，用细毛刷将悬浮物溶液均匀涂覆在不锈钢件坡口及10mm附近上下表面，辅助涂层厚度为0.2mm；将工件固定在铜-钢复合垫板上，垫板中间开一个宽为12mm，厚为1.0mm的成形槽。
实施例5：本实施方式在步骤(4)、(5)、(6)中，接头对接间隙为3.0mm，电弧长度3.0mm，电弧加热位置居中；采用方波交流TIG焊机，钨极直径为3.2mm；选用铝铜焊丝，焊丝直径为2.5mm。
Claims (3)
1.一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法，其特征在于：方法步骤如下：
步骤一：铝与钢板对接接头开非对称V形坡口，钢侧坡口角度为20～50°，铝侧坡口角度为0～30°；
步骤二：将铝和钢件坡口及上下表面进行机械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去除表面油污，然后在钢件坡口及5～20mm范围内的上下表面涂敷辅助层，辅助涂层厚度为0.1～0.5mm；
步骤三：将工件固定在铜～钢复合垫板上，垫板从中间线分开，一半为紫铜，一半为钢，将钢件定固在铜垫板上，将铝件定固在钢垫板上，垫板中间开一个宽为5～15mm，厚为0.5～2.0mm的成形槽；
步骤四：接头对接间隙为0～3.0mm，电弧长度1～6mm，电弧加热位置偏钢侧0～2mm；
步骤五：采用交流TIG焊机，氩气保护，钨极直径为2.0～5.0mm，钨极端部呈半球状；
步骤六：选用铝基焊丝，焊丝直径1.0～3.0mm，焊丝送到坡口根部，贴近成形槽；
步骤七：在焊接过程中，电弧热首先使辅助涂层熔化，在钢坡口表面形成液态薄膜；TIG电弧罩在焊丝上，直接对焊丝和熔池加热，而不直接对钢板加热，避免钢表面产生熔化现象；焊丝迅速熔化，在辅助涂层的作用下，在钢坡口表面迅速润湿铺展；焊丝不断送进并熔化，逐渐填满焊缝；同时电弧匀速行走，当热源移开时，钎料铺展停止，最终获得良好的焊缝成形。
2.根据权利要求1所述的一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法，其特征在于：所述的铝及铝合金为所有铝及其合金；所述的钢为不锈钢、碳钢、合金钢；所述的铝及铝合金与钢件的厚度为小于5.0mm；所述的焊丝为除铝镁焊丝之外的其它铝基焊丝，特别适用于铝硅、铝铜基焊丝。
3.根据权利要求1所述的一种适用于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔-钎焊方法，其特征在于：所述的辅助涂层成分及涂覆方法如下：辅助涂层成分以KAlF4和K3AlF6为基体，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：KAlF4+K3AlF6(30％-40％)加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2，涂覆方法为焊前将配置好的钎剂倒入容器中，用丙酮或无水乙醇调和成均匀的悬浮物状溶液，然后用细毛刷均匀地涂覆于清理干净的不锈钢表面，涂层厚度以盖住不锈钢底色为宜，在0.1～0.5mm左右，待钎剂层晾干(或吹干)后即可进行焊接。
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