CN107283058A - 一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，包括如下步骤：（1）表面处理、（2）搭接处理、（3）改性粉末添加处理、（4）激光焊接处理。本发明对现有焊接处理工艺进行了特殊的改进处理，有效提升了焊接的品质，增强了铝、钢焊接件整体的力学强度特性，延长了其使用寿命，具有很好的推广价值。
Description
技术领域
本发明属于焊接处理技术领域，具体涉及一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法。
背景技术
相同材质的焊接件相互焊接的效果较好，而不同材质的焊接件进行相互焊接时，因材质熔点、收缩率等特性的差异，通常存在焊接的效果差，焊接品质不佳等问题。钢材是现在机械、建筑等领域中常见的原材料，而有时为了降低整体构件的质量等特性，需要用铝/铝合金工件对钢材工件进行替代使用，如在汽车制造中，用铝/铝合金工件取代钢材工件后，汽车的整体重量会有明显下降，而当汽车整体重量下降10%时，燃油的效率会对应提升6~8%，可见铝/铝合金工件取代效果的显著。这样也就不可避免的存在铝/铝合金工件和钢材工件进行焊接的问题，而两种材质的特性差异明显，易存在被焊接头容易氧化、焊缝成分不均匀、焊接接头容易产生裂纹等问题，导致两种焊接件结合强度不高、组合件使用特性差等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，包括如下步骤：
（1）表面处理：
分别对待焊接的铝焊接件、钢焊接件的表面依次进行氧化膜、油污清除处理；
（2）搭接处理：
将步骤（1）处理后的铝焊接件放在钢焊接件的正上方进行搭接，搭接的长度为5~8mm；
（3）改性粉末添加处理：
将改性粉末和溶剂按照质量比1：1.5~2进行混合均匀，得膏状添加剂，然后将膏状添加剂涂覆在铝焊接件的上表面和侧表面上，对应形成了上表面添加剂条和侧表面添加剂堆，所述上表面添加剂条和侧表面添加剂堆在焊道上呈连续分布，两相邻上表面添加剂条间设有涂层间隙，所述涂层间隙对应的铝焊接件的侧表面上设有侧表面添加剂堆；所述改性粉末由如下重量份的物质组成：20~25份铜粉、14~18份镍粉、1~1.5份银粉、6~9份钨粉、8~11份硅粉、0.3~0.5份钙粉；
（4）激光焊接处理：
对步骤（3）处理好的铝焊接件、钢焊接件进行激光焊接处理，具体是控制激光发射头沿焊道方向进行焊接，同时控制保护气喷嘴喷出保护气进行保护，并控制超声波发射头进行超声波辐照处理。
进一步的，步骤（1）中所述的氧化膜清除处理是依次用300目、500目、800目砂纸进行表面机械打磨处理，所述的油污清除处理是将铝焊接件、钢焊接件浸入到除油剂中浸泡处理15~20min。
进一步的，步骤（3）中所述的溶剂为丙酮。
进一步的，步骤（3）中所述的上表面添加剂条的长度是侧表面添加剂堆长度的1.55~1.65倍，所述涂层间隙的长度与侧表面添加剂堆的长度完全相同。
优选的，步骤（3）中所述的改性粉末由如下重量份的物质组成：23份铜粉、16份镍粉、1.2份银粉、8份钨粉、10份硅粉、0.4份钙粉。
进一步的，步骤（4）中所述的激光焊接处理时激光的功率为1800~2300W，焊接的速度为1~1.5m/min，离焦量为-3~+3mm。
进一步的，步骤（4）中所述的保护气为氩气，保护气喷出的流量为14~16L/min。
进一步的，步骤（4）中所述的超声波辐照处理时超声波的频率为50~55kHz。
传统的激光焊接方法是将铝焊接件搭接在钢焊接件上后，直接对其进行焊接处理，此方法存在着铝金属表面易形成难熔的氧化膜，阻碍了液态熔融铝滴与钢材基体等成分的结合，同时在焊接时液态铝滴浮在钢液上面，两者相容不完全，冷却后易产生焊缝和焊接应力，且两者间焊接熔融区域宽度较窄，进一步影响了两焊接件间焊接的强度。对于上述问题本发明进行了针对性的改进处理，其中在激光焊接处理前先在铝、钢焊接件的表面上以特殊的手法进行了膏状添加剂的涂覆处理，所配制的膏状添加剂中含有多种粉末成分，其能有效的改善焊接熔融区物质成分的特性以及焊接的过程，如硅粉可提升熔池液体金属的流动性，增强了界面结合铺展能力，并能与铝、铁形成更为稳定的化合物，银粉可阻止脆性相的生成，提升了熔融区的塑形，铜粉和镍粉可与铝形成连续固溶体，避免了焊缝中出现铝-铁金属间化合物的存在，提升了焊接接头的强度、韧性等特性，钨粉能进一步降低液态铝滴在钢工件上的界面张力，提升了其湿润铺展性，并能抑制Fe2Al5相的生长，提升了焊接接头的硬度等特性，少量的钙粉的添加能在高温熔融时产生微量气泡，打破液态铝滴表面氧化膜的裹覆，促进了液态铝滴的铺展以及与其余成分间的化合效果，提升了焊接的质量，同时在膏状添加剂涂覆时，将其按照上表面、侧表面间隔连续涂覆，可有效的提升焊接熔融区的宽度和平滑度，并能提升铝基材和钢基材的熔融结合能力，提升了焊接的效果；之后进行了激光焊接处理，期间施加的超声波处理，利用超声波的空化特性，提升了熔融液体金属的铺展分散的均匀性，与膏状添加剂具有良好的协同使用效果，同时还能分散消除焊接的应力，提升整体焊接的品质。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明对现有焊接处理工艺进行了特殊的改进处理，有效提升了焊接的品质，增强了铝、钢焊接件整体的力学强度特性，延长了其使用寿命，具有很好的推广价值。
附图说明
图1为本发明方法焊接过程的结构示意图。
图2为本发明方法焊接完成后焊接件的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，包括如下步骤：
（1）表面处理：
分别对待焊接的铝焊接件2、钢焊接件1的表面依次进行氧化膜、油污清除处理；
（2）搭接处理：
将步骤（1）处理后的铝焊接件2放在钢焊接件1的正上方进行搭接，搭接的长度为5~8mm；
（3）改性粉末添加处理：
将改性粉末和溶剂按照质量比1：1.8进行混合均匀，得膏状添加剂，然后将膏状添加剂涂覆在铝焊接件2的上表面和侧表面上，对应形成了上表面添加剂条6和侧表面添加剂堆7，所述上表面添加剂条6和侧表面添加剂堆7在焊道上呈连续分布，两相邻上表面添加剂条6间设有涂层间隙8，所述涂层间隙8对应的铝焊接件2的侧表面上设有侧表面添加剂堆7；所述改性粉末由如下重量份的物质组成：23份铜粉、16份镍粉、1.2份银粉、8份钨粉、10份硅粉、0.4份钙粉；
（4）激光焊接处理：
对步骤（3）处理好的铝焊接件2、钢焊接件1进行激光焊接处理，具体是控制激光发射头3沿焊道方向进行焊接，同时控制保护气喷嘴4喷出保护气进行保护，并控制超声波发射头5进行超声波辐照处理。
进一步的，步骤（1）中所述的氧化膜清除处理是依次用300目、500目、800目砂纸进行表面机械打磨处理，所述的油污清除处理是将铝焊接件2、钢焊接件1浸入到除油剂中浸泡处理18min。
进一步的，步骤（3）中所述的溶剂为丙酮。
进一步的，步骤（3）中所述的上表面添加剂条6的长度La是侧表面添加剂堆7长度Lb的1.60倍，所述涂层间隙8的长度与侧表面添加剂堆7的长度完全相同。
进一步的，步骤（4）中所述的激光焊接处理时激光的功率为2100W，焊接的速度为1.2m/min，离焦量为-1~+1mm。
进一步的，步骤（4）中所述的保护气为氩气，保护气喷出的流量为15L/min。
进一步的，步骤（4）中所述的超声波辐照处理时超声波的频率为53kHz。
本发明方法具体工作方法是先对铝焊接件2、钢焊接件1进行处理后，再将铝焊接件2搭接在钢焊接件1的表面上，其搭接的边缘区域即为焊接区域，沿其长度方向即为焊道，然后将独特配制的膏状添加剂涂抹在铝焊接件2和钢焊接件1上，具体是先在铝焊接件2的上表面间隔涂覆，形成若干上表面添加剂条6，其间隔处形成涂层间隙8，然后在涂层间隙8对应的铝焊接件2的侧表面进行涂覆，形成若干侧表面添加剂堆7，此侧表面添加剂堆7一侧贴合在铝焊接件2的侧表面上，底部堆放在钢焊接件1的上表面上，上述涂覆的上表面添加剂条6、侧表面添加剂堆7中的改性粉末成分能增强对激光的能量吸收效果，同时又能改善金属熔融液滴的分散结合特性，提升了焊接的效果，此间隔涂覆上表面添加剂条6、侧表面添加剂堆7的方式提升了焊接熔融区9的宽度和平滑度，促使了涂层间隙8处对应的铝基材和侧表面添加剂堆7下方对应的钢基材进行交叉融合，提升了两者间的结合强度，进一步提升了焊接的质量，在激光焊接处理时，施加的超声波处理能提升融合的均匀性，增强改性粉末的使用效果，降低焊接的副作用，提升了整体的品质。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例1相比，省去侧表面添加剂堆7的添加，对应的将其涂覆于涂层间隙8上，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例1相比，省去改性粉末中的钙粉成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例1相比，省去步骤（4）激光焊接处理中的超声波辐照处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有的铝、钢焊接件激光焊接处理方法。
为了对比本发明效果，选择5052铝合金材料作为铝焊接件，其对应的化学成分含量为：Mg 2.32wt%、Mn0.10wt%、Si0.25wt%、Cu0.10wt%、Cr0.18wt%、Fe0.40wt%、Zn0.10wt%，余量为Al；选择ST04Z镀锌钢作为钢焊接件，其对应的化学成分含量为：C0.08wt%、Mn0.4wt%、Si≤0.40wt%、P0.02wt%、S≤0.30wt%、Cu≤0.15wt%、Zn≤0.15wt%、Ni≤0.15wt%，余量为Fe；将铝焊接件和钢焊接件均加工成尺寸为150mm×70mm×3.0mm的试样，然后分别用上述实施例1、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组所述的方法进行焊接处理，完成后对成品焊接件进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
| 机械抗力（N/mm） | 维氏硬度（HV） | |
| 实施例1 | 244 | 1150 |
| 对比实施例1 | 205 | 963 |
| 对比实施例2 | 223 | 1075 |
| 对比实施例3 | 214 | 1012 |
| 对照组 | 187 | 920 |
注：上表1中所述的机械抗力参照GB2651-2008进行测试，具体使用型号为WDW-300J的微机控制电子万能材料试验机进行拉伸实验，拉伸速度设置为每秒1mm；所述的维氏硬度选取的点为焊接接头的中央区域，具体使用HVS-1000型数显显微硬度计进行测试。
由上表1可以看出，本发明焊接方法能有效的提升焊接件焊接的品质，增强了其使用性能，具有很好的推广使用价值。
Claims (8)
1.一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）表面处理：
分别对待焊接的铝焊接件、钢焊接件的表面依次进行氧化膜、油污清除处理；
（2）搭接处理：
将步骤（1）处理后的铝焊接件放在钢焊接件的正上方进行搭接，搭接的长度为5~8mm；
（3）改性粉末添加处理：
将改性粉末和溶剂按照质量比1：1.5~2进行混合均匀，得膏状添加剂，然后将膏状添加剂涂覆在铝焊接件的上表面和侧表面上，对应形成了上表面添加剂条和侧表面添加剂堆，所述上表面添加剂条和侧表面添加剂堆在焊道上呈连续分布，两相邻上表面添加剂条间设有涂层间隙，所述涂层间隙对应的铝焊接件的侧表面上设有侧表面添加剂堆；所述改性粉末由如下重量份的物质组成：20~25份铜粉、14~18份镍粉、1~1.5份银粉、6~9份钨粉、8~11份硅粉、0.3~0.5份钙粉；
（4）激光焊接处理：
对步骤（3）处理好的铝焊接件、钢焊接件进行激光焊接处理，具体是控制激光发射头沿焊道方向进行焊接，同时控制保护气喷嘴喷出保护气进行保护，并控制超声波发射头进行超声波辐照处理。
2.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（1）中所述的氧化膜清除处理是依次用300目、500目、800目砂纸进行表面机械打磨处理，所述的油污清除处理是将铝焊接件、钢焊接件浸入到除油剂中浸泡处理15~20min。
3.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（3）中所述的溶剂为丙酮。
4.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（3）中所述的上表面添加剂条的长度是侧表面添加剂堆长度的1.55~1.65倍，所述涂层间隙的长度与侧表面添加剂堆的长度完全相同。
5.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（3）中所述的改性粉末由如下重量份的物质组成：23份铜粉、16份镍粉、1.2份银粉、8份钨粉、10份硅粉、0.4份钙粉。
6.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（4）中所述的激光焊接处理时激光的功率为1800~2300W，焊接的速度为1~1.5m/min，离焦量为-3~+3mm。
7.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（4）中所述的保护气为氩气，保护气喷出的流量为14~16L/min。
8.根据权利要求1所述的一种提升铝、钢焊接件焊接效果的焊接方法，其特征在于，步骤（4）中所述的超声波辐照处理时超声波的频率为50~55kHz。
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