CN103084760A

CN103084760A - 用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝

Info

Publication number: CN103084760A
Application number: CN2013100575837A
Authority: CN
Inventors: 董红刚; 郝晓虎
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: CN103084760B

Abstract

本发明提供一种用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝，其特征是，所述焊丝具有由ZnO粉末与氟化物钎剂CsAlF₄或KAlF₄混匀后封装到填充焊丝芯部形成的药芯。实验结果表明，尤其当使用药芯中ZnO粉末的质量百分比在60%-80%范围的焊丝进行铝合金/钢异种金属连接时，熔融焊丝可以在钢表面良好地铺展润湿，所得铝合金/钢接头外形美观，抗拉强度高。

Description

用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝

技术领域

本发明属于金属材料焊接领域，具体涉及一种用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝。

背景技术

铝合金/钢异种金属焊接结构可以充分利用两种材料的固有优势，如减轻重量、节省材料、降低能耗、降低污染等。因此，实现铝合金与钢的可靠性连接具有十分重要的现实意义。

经研究发现，焊缝中添加Si元素能够有效抑制铝合金/钢异种金属焊接界面层中Fe-Al脆性金属间化合物层的生长，使用4043铝硅焊丝焊接5A06铝合金与304不锈钢时，接头抗拉强度可达125MPa（非专利文献1：LIN S B,et al.,Metallurgical and mechanical investigations of aluminum-steel butt joint made bytungsten inert gas welding-brazing,Science and Technology of Welding and Joining,14(2009)636-639.）。然而，该技术中的接头抗拉强度还有待于进一步提高。此外，为了使熔融焊丝在钢表面能够良好地铺展润湿，该技术还需要在钢表面额外进行镀层或者涂敷钎剂的繁杂工序。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝，解决现有焊丝接头强度不高、钢表面需要镀层或者涂敷钎剂等问题。

本发明采用的技术方案是：一种用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝，其特征是，所述焊丝具有由ZnO粉末与氟化物钎剂CsAlF4或KAlF4混匀后封装到填充焊丝芯部形成的药芯。即，本发明是关于将ZnO粉末与氟化物钎剂混合均匀后作为药芯封装到填充焊丝芯部而制得的一种用于直接焊接铝合金与钢异种金属的药芯焊丝。

本发明研制的焊丝中，药芯成分为ZnO粉末与氟化物钎剂CsAlF4或KAlF4的混合物。在将ZnO粉末与氟化物钎剂封装之前，应将两种粉末混匀并烘干，例如可以在封装前先用酒精等挥发性溶剂将混合物粉末调成均匀糊状后烘干，再通过常规的药芯焊丝制造技术将其封装进焊丝芯部。

作为填充焊丝，优选采用铝硅焊丝（例如ER4043或ER4047铝硅焊丝）或者纯铝焊丝。

药芯中ZnO粉末的质量百分比优选为60%-80%，其余为氟化物钎剂（即氟化物钎剂为20%-40%）。本发明的发明人经过大量研究发现，当药芯中ZnO粉末的质量百分比在上述范围时，所得接头抗拉强度与熔融焊丝在钢表面的铺展润湿性的平衡性优异。

药芯添加量按照最终成品焊丝的体积百分比计算，优选为15%-30%（即药芯体积占最终成品焊丝体积的15%-30%）。

使用本发明研制的焊丝进行铝合金/钢异种金属连接时，焊丝药芯中ZnO的加入使得焊缝中形成了ZnO/Al金属陶瓷，有效地提高了铝合金/钢接头的抗拉强度（尤其是ZnO粉末的质量百分比在60%-80%范围时，接头抗拉强度最优）。此外，由于本发明研制的焊丝的药芯中含有氟化物钎剂，因此可以直接进行铝合金/钢的熔钎焊，免去了在钢表面额外进行涂敷钎剂等的繁杂工序，显著提高了焊接效率，可以直接得到成型良好的焊缝。实验结果表明，尤其当使用药芯中ZnO粉末的质量百分比在60%-80%范围的焊丝进行铝合金/钢异种金属连接时，熔融焊丝可以在钢表面良好地铺展润湿，所得铝合金/钢接头外形美观，抗拉强度高。

具体实施方式

下述实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

焊丝制备：先用酒精将ZnO粉末与CsAlF₄的混合物（ZnO质量份数为60%，每50g混合物粉末兑95%酒精200ml）调成均匀糊状后烘干得到药芯成分。使用与ER4043铝硅焊丝相同成分的带材（宽8mm，厚0.5mm）轧制成U形，将药芯成分填充到U形槽底部，填充率30%，将U形槽合口，使药芯成分包裹其中。然后使其分别通过不同直径的拉丝模，经过多次拉拔、减径，最终制得直径1.8mm的药芯焊丝。

使用上述焊丝进行5A02铝合金（厚2mm）/Q235B碳钢（厚1.5mm）搭接试验，焊接方法为钨极氩弧焊。保护气（Ar）流量为10L/min，焊接电流为60A，焊接速度为2mm/s，弧长为3mm。结果表明，焊接过程中熔滴过渡稳定并且在钢表面铺展润湿良好，所获得的焊缝成型美观。当送丝速度分别为19mm/s、21mm/s时，接头抗拉强度分别达到130MPa、134MPa。接头抗拉强度的测定方法如下：使用线切割方法加工获得标准拉伸试样，接头焊缝位于拉伸试样的中间部位，使用DNS-100型电子万能试验机测得焊接接头的抗拉强度，拉伸速率为3mm/min。

实施例2

焊丝制备：先用酒精将ZnO粉末与CsAlF4的混合物（ZnO质量份数为70%，每50g混合物粉末兑95%酒精200ml）调成均匀糊状后烘干得到药芯成分。除了使用与ER4047铝硅焊丝相同成分的带材外，按照与实施例1相同的方法制得药芯焊丝，药芯填充率为30%，焊丝直径为1.8mm。

使用上述焊丝进行5A02铝合金（厚2mm）/Q235B碳钢（厚1.5mm）搭接试验，焊接方法为钨极氩弧焊。保护气（Ar）流量为10L/min，焊接速度为2mm/s，弧长为3mm。结果表明，焊接过程中熔滴过渡稳定并且在钢表面铺展润湿良好，所获得的焊缝成型美观。此外，焊接电流60A、送丝速度分别为16mm/s、21mm/s时，接头抗拉强度分别达到133MPa、136MPa；焊接电流70A、送丝速度27mm/s时，接头抗拉强度达到130MPa（接头抗拉强度的测定方法同实施例1）。

实施例3

焊丝制备：先用酒精将ZnO粉末与CsAlF₄的混合物（ZnO质量份数为60%，每50g混合物粉末兑95%酒精200ml）调成均匀糊状后烘干得到药芯成分。除了使用纯铝的带材外，按照与实施例1相同的方法制得药芯焊丝，药芯填充率为30%，焊丝直径为1.8mm。

使用上述焊丝进行5A02铝合金（厚2mm）/AISI304不锈钢（厚1.5mm）搭接试验，焊接方法为钨极氩弧焊。保护气（Ar）流量为10L/min，焊接电流为50A，焊接速度为2mm/s，弧长为3mm。结果表明，焊接过程中熔滴过渡稳定并且在钢表面铺展润湿良好，所获得的焊缝成型美观。此外，送丝速度为4.5mm/s时，接头抗拉强度为121MPa（接头抗拉强度的测定方法同实施例1）。

比较例1

使用与实施例1同样的焊接方法和工艺参数，焊丝换为常规商用的ER4043实芯硅铝焊丝。结果表明，熔融焊缝金属在钢表面润湿铺展较差，难以得到成型美观的焊缝，接头抗拉强度很低，平均抗拉强度为32MPa（接头抗拉强度的测定方法同实施例1）。

比较例2

使用与实施例2同样的焊接方法和工艺参数，焊丝换为常规商用的ER4047实芯硅铝焊丝。结果表明，熔融焊缝金属在钢表面润湿铺展较差，难以得到成型美观的焊缝，接头抗拉强度较低，平均抗拉强度为36MPa（接头抗拉强度的测定方法同实施例1）。

比较例3

使用商用的AlSi12药芯焊丝（上海龙浩新材料技术有限公司生产，药芯成分为KAlF₄，药芯约占焊丝体积的20%）进行5A02铝合金（厚2mm）/Q235B碳钢（厚1.5mm）搭接试验，焊接方法为钨极氩弧焊。保护气（Ar）流量为10L/min，焊接速度为1mm/s，弧长为3mm。结果表明，熔融焊缝金属在钢表面润湿铺展较好，但焊接电流40A、送丝速度300mm/min时，所得接头抗拉强度仅为85MPa（接头抗拉强度的测定方法同实施例1）。

Claims

1.一种用于铝合金/钢异种金属焊接的焊丝，其特征是，所述焊丝具有由ZnO粉末与氟化物钎剂CsAlF₄或KAlF₄混匀后封装到填充焊丝芯部形成的药芯。

2.根据权利要求1所述的焊丝，其特征是，填充焊丝采用铝硅焊丝或者纯铝焊丝。

3.根据权利要求1或2所述的焊丝，其特征是，药芯中ZnO粉末的质量百分比为60%-80%，药芯体积占最终成品焊丝体积的15%-30%。