CN101804499A - 一种直接焊接铝和无镀层钢的方法 - Google Patents
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Abstract
一种直接焊接铝和无镀层钢的方法，属于材料加工及制造工程技术领域。其特征是在进行铝和钢异种金属之间的焊接时，不需在钢表面镀过渡层金属或预先涂敷钎剂，采用钨极气体保护焊或熔化极气体保护焊工艺，所用焊丝为锌基合金材内部填充焊剂的药芯焊丝，该焊丝中铝的质量百分比是0.1～30％，填充焊剂是四氟化铯铝，其质量百分比是10～20％，能实现铝及铝合金与无镀层钢的直接焊接。本发明的效果和益处是所制铝-钢异种金属接头的拉伸强度达到铝合金母材拉伸强度的80％以上，工艺简单，节省能耗，减少制造工序和成本，可广泛用于铝及铝合金与无镀层钢和铸铁等铁基材料之间异种金属制品的焊接。
Description
技术领域
本发明属于材料加工及制造工程技术领域，涉及到铝与无镀层钢之间异种材料的焊接技术，特别涉及到铝与无镀层钢的药芯焊丝气体保护焊。
背景技术
目前，铝和钢的直接焊接技术中应用较多的是爆炸焊、摩擦焊、钎焊等方法。或者，先在钢表面镀上一层锌、铝等过渡层金属，然后将铝与镀层钢进行焊接。爆炸焊和摩擦焊对焊接接头型式有特殊要求，只能焊接一定形状的工件[文献1-2]。铝和钢钎焊时，一般先在钢表面涂上一层钎剂，然后使用钎料进行炉中钎焊或者电弧熔钎焊进行焊接，这种操作过程会影响到焊接生产效率[文献3，文献4-6]。如果在钢表面镀过渡层金属，又增加了生产工序和成本[文献7]。
由于焊接铝-钢系列合金制品有一定的困难，所以现行对铝-钢系列合金制品的连接大多数是采用爆炸焊、摩擦焊等固相连接方法。但是连接工艺复杂，成本高，能源消耗大。
而采用药芯焊丝直接焊接铝和钢，可以将钎焊和弧焊结合在一起。文献[8]和文献[9]采用铝合金药芯焊丝对铝和钢进行了熔化极气体保护(MIG)焊。其中文献[8]采用铝-硅药芯焊丝所得到的焊接接头拉伸强度达到铝合金母材拉伸强度的70％。
以下是在本专利申请说明书中涉及到的专利文献和非专利文献列表。
[1]王建民，朱锡，刘润泉，爆炸焊接工艺对铝-钢复合板界面性能的影响，武汉理工大学学报，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 IKESHOJI，etc.Brazing ofstainless steel to various aluminum alloys in air.JSME International Journal A，2005，48(4)420-425.
[4]铝钢异种金属预涂层连接方法，中国专利(CN101259563)，2008.
[5]一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，中国专利(CN101434014)，2008.
[6]一种用于联接钢管与铝筋条的方法，中国专利(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]不同材料接合用药芯焊丝及不同材料接合方法，中国专利(CN101378873A)，2009.
根据以上的文献检索，没有查到采用本专利申请书中所述方法焊接铝和钢的公开技术和文献资料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在进行铝和钢异种材料之间的焊接时，不需在钢表面镀上过渡层金属或在钢表面预先涂敷钎剂，也使铝与钢之间的焊接不受接头型式的限制，能够将生产效率高、应用广泛的气体保护焊技术应用于铝和无镀层钢的焊接上，提供一种实现铝和无镀层钢之间高强度高效连接的焊接方法，从而减少铝和钢焊接生产时的制造工序和成本。
本发明的技术方案是：在焊接铝和无镀层钢时，使用药芯焊丝气体保护焊；施焊前，钢表面不需涂敷钎剂，也不需镀上过渡层金属；使用钨极气体保护焊(TIG焊)或熔化极气体保护焊(MIG焊)的方法进行焊接，使用焊丝是锌基合金药芯焊丝所采用的焊丝为锌铝合金药芯焊丝。使用焊丝是在锌基合金材外皮内部填充焊剂而成的药芯焊丝，使用的锌基合金药芯焊丝中铝的质量百分比是0.1～30％；使用的锌基合金药芯焊丝中焊剂是四氟化铯铝，其质量百分比是10～20％。采用MIG焊时，药芯焊丝作为电极，在电弧热作用下，被焊的铝或铝合金母材接头熔化，与药芯焊丝一起形成最终焊缝，而钢不熔化。采用TIG焊时，药芯焊丝作为不带电的填充金属，在电弧作用下熔化，与熔化的铝或铝合金母材形成最终焊缝，钢不熔化。
1.实现铝-无镀层钢TIG焊的具体工艺步骤：
(1)清理工件的待焊部位：采用丙酮去除工件表面油脂，不锈钢钢丝刷清除工件待焊表面氧化膜；
(2)将待焊工件装夹在工作台的夹具上；
(3)选择好适当的工艺规范，将氩弧焊枪钨极端部对准焊缝中心，启动焊接开关，起弧，电弧稳定建立后，从电弧前端送入锌基药芯焊丝，焊枪开始移动；
(4)收弧和停焊：施焊到工件末端，关掉焊接开关，焊接过程结束。
2.实现铝-无镀层钢MIG焊的具体工艺步骤：
(1)清理工件的待焊部位：采用丙酮去除工件表面油脂，不锈钢钢丝刷清除工件待焊表面氧化膜；
(2)将待焊工件装夹在工作台的夹具上；
(3)选择好适当的工艺规范，将药芯焊丝端部对准焊缝中心，启动焊接开关，起弧，焊枪开始移动；
(4)收弧和停焊：施焊到工件末端，关掉焊接开关，焊接过程结束。
本发明的效果和益处是：铝与无镀层钢之间的焊接工艺克服了异种金属熔点和热膨胀系数差异大、不易实现电弧焊连接的技术瓶颈，实现了铝及铝合金与铁基金属之间的异种金属焊接。焊缝表面质量好，接头强度高，接头拉伸强度能够达到铝合金母材水平。其焊接工艺简单，生产效率高，节省能耗，减少了铝和钢焊接生产时的制造工序和成本。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1.铝与无镀层钢异种材料的TIG焊
所采用的铝合金为2mm厚的5A02铝合金板，无镀层钢为1.5mm厚的304不锈钢板，焊接方法采用钨极惰性气体保护(TIG)焊，焊丝为含铝量为15％(质量百分比)的锌基药芯焊丝。其焊接工艺步骤如下：
(1)施焊前，用丙酮去除工件表面油污，用不锈钢丝刷去除待焊工件表面氧化膜；
(2)将待焊工件装夹在工作台的夹具上，接头采用搭接形式，铝板在上，不锈钢在下，搭接宽度为18mm；
(3)所用钨极直径为3.2mm，钨极尖端夹角30°，焊接电流40A，氩气流量12L/min；
(4)将钨极端部对准搭接部位铝合金边缘，焊枪前倾10°～15°，电弧高度为5mm；
(5)启动焊接开关，电弧稳定建立后，从电弧前端平稳地往熔池中填加锌基药芯焊丝；
(6)以60mm/min的焊接速度，施焊到工件末端，关掉焊接开关，焊接过程结束。
实施例2.铝与无镀层钢异种材料MIG焊
(1)施焊前，用丙酮去除工件表面油污，用不锈钢丝刷去除待焊工件表面氧化膜；
(2)将待焊工件装夹在工作台的夹具上，接头采用搭接形式，铝板在上，不锈钢在下，搭接宽度为18mm，所用药芯焊丝直径为1.6mm；
(3)焊接电流20～80A，焊接电压5～26V，氩气流量12L/min，焊枪前倾10°～15°；
(4)将药芯焊丝端部对准搭接部位铝合金边缘，启动焊接开关，焊接过程开始；
(5)以30～90mm/min的行走速度，施焊到工件末端，关掉焊接开关，焊接过程结束。
经采用实施例1和实施例2中所述方法焊接的铝-钢异种金属焊接接头均匀美观，所制铝-钢异种金属焊接接头的拉伸强度达到铝合金母材拉伸强度的80％以上。
Claims (2)
1.一种直接焊接铝和无镀层钢的方法，其特征在于：在焊接铝和无镀层钢时，使用药芯焊丝气体保护焊；施焊前，钢表面不需涂敷钎剂，也不需镀上过渡层金属；使用钨极气体保护焊或熔化极气体保护焊的方法进行焊接，使用焊丝是锌基合金药芯焊丝。
2.根据权利要求1所述的一种直接焊接铝和无镀层钢的方法，其特征在于：使用焊丝是在锌基合金材外皮内部填充焊剂而成的药芯焊丝，使用的锌基合金药芯焊丝中铝的质量百分比是0.1～30％；使用的锌基合金药芯焊丝中焊剂是四氟化铯铝，其质量百分比是10～20％。
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