CN102079012B - 一种铝-钢连接块的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，涉及一种铝-钢连接块的制备方法。首先将待焊的铝板和钢板的表面清除干净，取石墨板放置在铝板和钢板的中间且石墨板与钢板有一定的缝隙，焊接填充此缝隙，采用的药粉由Al粉、CuO、CaF2组成，其质量分数分别为：Al粉20-40%，CuO56-78%，CaF22-4%；然后拆除中间的石墨挡板，净化待焊的表面，焊接填充与铝板的缝隙，采用的药粉由Al粉、CuO、SnO2、CaF2组成，其质量分数分别为：Al粉20-40%，CuO45-53%，SnO213-23%，CaF22-4%。本发明方法工艺简单，效率高，成本低，所得连接块的接头达到了冶金结合，强度高。

Description

一种铝-钢连接块的制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用放热焊接制备连接块的方法，属于焊接技术领域。
背景技术
用常规工艺焊接异种金属往往是不容易的，有的甚至不可能。然而用特种焊接技术焊接异种金属材料制作的过渡接头，在某些情况下能够轻而易举地解决这个难题。使用时，在这种过渡接头的两端分别用常规的焊接方法去焊接同种材料，从而使这两种材料连成一体。这类异种金属的过渡接头的妙用，其实质就是变异种金属的焊接为同种金属的焊接。它们为简单、迅速和有效地连接异种金属材料提供了一个新思路。
目前，在电解铝行业中，铝电解槽阴极铝母线与阴极钢棒是通过铝-钢爆炸焊接头连接起来的，但在实际使用过程中，铝-钢爆炸焊接头经常会发生脱落的现象。铝-钢爆炸焊接头是通过爆炸焊接工艺制备的。爆炸焊接原理是利用炸药爆炸的能量，推动焊件高速撞击另一焊件，产生巨大摩擦应力，使界面实现焊接。焊接界面两侧金属产生细微的塑性变形，形成有规律的波浪式的相互嵌合，加大了原子间互相扩散的面积，达到牢固的冶金结合。爆炸焊接投资少，成本低，但是在生产过程中会产生噪声和地震波，对工作场所附近的环境和居民造成影响。同时爆炸加工露天作业受天气影响较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、噪音小的铝-钢连接头的制备方法。
本发明的构思是这样的：由于铝的熔点为660℃，钢的熔点为1515℃，利用一次放热焊接铝和钢时，如果采用钢的放热焊接，由于铝与钢的熔点相差太大，放热焊接时温度过高，很可能导致铝的过分烧损；如果采用铝的放热焊接，由于铝与钢的熔点相差太大，放热焊接时温度过低，很可能导致钢无法熔化，无法达到冶金结合，导致焊接接头强度很低，不能满足实际应用。本发明巧妙的在制备铝-钢连接块时，采用二次放热焊接的方法。第一次放热焊接采用焊钢的药粉，即铝和氧化铜，此反应不仅可以将钢板很好的焊接起来，而且可以生成作为两次放热焊接的过渡物质金属铜。采用铜作为其过渡介质的原因是铜的熔点为1083℃，其熔点介于铝和钢熔点的之间，利用放热焊接时，可以很有效的避免铝的过烧或者铝和钢熔合率低的问题。
本发明的铝-钢连接块的具体制备方法是：
首先将待焊的铝板和钢板的表面清除干净，取石墨板放置在铝板和钢板的中间且石墨板与钢板有一定的缝隙，焊接填充此缝隙，采用的药粉由Al粉、CuO、CaF2组成，其质量分数分别为：Al粉20-40%，CuO 56-78%，CaF2 2-4%；然后拆除中间的石墨挡板，净化待焊的表面，焊接填充与铝板的缝隙，采用的药粉由Al粉、CuO、SnO2、CaF2组成，其质量分数分别为：Al粉20-40%，CuO 45-53%，SnO2 13-23%，CaF2 2-4%。
上述方案中，作为一种优选，两次焊接所用的药粉的粒径是50-200目。
制备过程中，首先将待焊的铝板和钢板的表面清除干净，去除杂质，杂质的存在会严重影响焊接接头的强度和焊缝的熔合率；杂质处理干净后，将石墨板放置在铝板和钢板的中间且石墨板与钢板有一定的缝隙，利用焊接铜与钢的放热焊接填充此缝隙，其石墨板的作用不仅起着挡板的作用，更重要的是石墨板不吸收热量，放热焊接反应放出的热量完全由钢板吸收，其焊接效果将更好；拆除中间的石墨挡板，净化待焊的表面，利用焊接铝和铜的放热焊接将铝板和填充金属焊接；焊接结束后，最终得到铝-钢连接块。
第一次放热焊接采用的药粉由Al粉、CuO、CaF2组成，焊接反应结束后，Al和CuO充分反应，最后焊缝中仅存在Al和Cu金属，CaF2作为其造渣剂，最终与Al2O3生成二元复合渣。第二次放热焊接采用的药粉由Al粉、CuO、SnO2、CaF2组成，Al分别和CuO、SnO2充分反应，反应结束后，还剩有一定量的Al粉，最后焊缝金属是Al-Cu-Sn三元合金，CaF2作为其造渣剂，最终与Al2O3生成二元复合渣。
本发明的有益效果是：采用本方法制备的铝-钢连接块，工艺简单，成本低，所得连接块的焊接接头达到了冶金结合，其强度高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对该发明进一步说明。
图1是放热焊接前的待焊件的布置图。
图2是钢放热焊接后的剖面图。
图3是铝-钢连接块。
图中1是铝板，2是钢板，3是石墨板，4是钢板放热焊接的焊缝，5是铝板放热焊接的焊缝。
具体实施方式
实施例 1
    在进行放热焊接前先按照图1将铝板、钢板、石墨板布置好，铝板的厚度为12mm，钢板的厚度为40mm，铝板与钢板相隔15mm，石墨板与钢板相隔9mm。第一次放热焊接钢板采用的药粉是Al，CuO，CaF2，其质量分数的比例为20：78：2，第二次放热焊接钢板采用的药粉是Al, CuO，SnO2，CaF2，其质量分数的比例为20：53：23：4。最终得到中间焊层为9mm铜/6mm铝铜锡合金的铝-钢连接块。  
实施例 2
    在进行放热焊接前先按照图1将铝板、钢板、石墨板布置好，铝板的厚度为12mm，钢板的厚度为40mm，铝板与钢板相隔15mm，石墨板与钢板相隔7mm。第一次放热焊接钢板采用的药粉是Al，CuO，CaF2，其质量分数的比例为40：56：4，第二次放热焊接钢板采用的药粉是Al, CuO，SnO2，CaF2，其质量分数的比例为40：45：13：2。放热焊接结束后，显微镜下进行观察，焊缝熔合率也较高。最终得到中间焊层为7mm铜/8mm铝铜锡合金的铝-钢连接块。  
实施例 3
    在进行放热焊接前先按照图1将铝板、钢板、石墨板布置好，铝板的厚度为12mm，钢板的厚度为40mm，铝板与钢板相隔15mm，石墨板与钢板相隔9mm。第一次放热焊接钢板采用的药粉是Al，CuO，CaF2，其质量分数的比例为24：74：2，第二次放热焊接钢板采用的药粉是Al, CuO，SnO2，CaF2，其质量分数的比例为22：52：23：3。最终得到中间焊层为9mm铜/6mm铝铜锡合金的铝-钢连接块。  
实施例 4
    在进行放热焊接前先按照图1将铝板、钢板、石墨板布置好，铝板的厚度为12mm，钢板的厚度为40mm，铝板与钢板相隔15mm，石墨板与钢板相隔9mm。第一次放热焊接钢板采用的药粉是Al，CuO，CaF2，其质量分数的比例为28：70：2，第二次放热焊接钢板采用的药粉是Al, CuO，SnO2，CaF2，其质量分数的比例为24：50：23：3。最终得到中间焊层为9mm铜/6mm铝铜锡合金的铝-钢连接块。  
实施例 5
    在进行放热焊接前先按照图1将铝板、钢板、石墨板布置好，铝板的厚度为12mm，钢板的厚度为40mm，铝板与钢板相隔15mm，石墨板与钢板相隔7mm。第一次放热焊接钢板采用的药粉是Al，CuO，CaF2，其质量分数的比例为36：60：4，第二次放热焊接钢板采用的药粉是Al, CuO，SnO2，CaF2，其质量分数的比例为38：47：13：2。最终得到中间焊层为7mm铜/8mm铝铜锡合金的铝-钢连接块。
实施例 6
    在进行放热焊接前先按照图1将铝板、钢板、石墨板布置好，铝板的厚度为12mm，钢板的厚度为40mm，铝板与钢板相隔15mm，石墨板与钢板相隔7mm。第一次放热焊接钢板采用的药粉是Al，CuO，CaF2，其质量分数的比例为32：64：4，第二次放热焊接钢板采用的药粉是Al, CuO，SnO2，CaF2，其质量分数的比例为36：49：12：3。最终得到中间焊层为7mm铜/8mm铝铜锡合金的铝-钢连接块。

Claims (2)

1.一种铝-钢连接块的制备方法，其特征在于：首先将待焊的铝板和钢板的表面清除干净，取石墨板放置在铝板和钢板的中间且石墨板与钢板有一定的缝隙，焊接填充此缝隙，采用的药粉由Al粉、CuO、CaF2组成，其质量分数分别为：Al粉20-40%，CuO 56-78%，CaF2 2-4%；然后拆除中间的石墨挡板，净化待焊的表面，焊接填充与铝板的缝隙，采用的药粉由Al粉、CuO、SnO2、CaF2组成，其质量分数分别为：Al粉20-40%，CuO 45-53%，SnO2 13-23%，CaF2 2-4%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，两次焊接所用的药粉的粒径是50-200目。
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