CN108340056A - 一种超薄铝-铜变极性cmt焊接工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超薄铝/铜变极性CMT焊接工艺方法，能够使用适宜的工艺参数实现超薄铝铜板的搭接焊，严格控制了超薄铝铜板在焊接过程中的热变形，避免了铝铜之间产生大量的脆硬金属间化合物和焊穿等情况。其主要工序如下：1)焊接材料的选取及试验方法的制定；2)焊前准备工作；3)适宜的焊接工艺参数范围的选取；4)焊后检测与分析。焊接过后需观察焊缝成型、焊缝截面，查看余高、熔深、熔宽等情况。并进行拉伸试验，硬度测试，检测接头的力学性能，还进行了XRD分析，检测其金属间化合物。本发明的提出解决了超薄铝铜板焊接工艺难，焊接成本高等问题，有效的节约了生产成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，具体涉及一种超薄铝/铜变极性CMT焊接工艺方法，属于超薄铝合金板与铜板异种金属焊接技术领域。
背景技术
随着科学技术和工业水平的飞速发展，具有优异性能的新材料和新结构不断得到开发和应用。将两种或两种以上的金属通过一定的加工工艺进行连接而构成一个完整的具有一定实用功能的异种金属连接结构，新形成的连接结构不仅能满足不同工作条件对材质的不同要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，充分发挥不同材料的性能优势。因此，异种材料焊接技术越来越受到人们的关注，具有广阔的应用前景。
铜及铜合金具有优良的导电性、导热性、延展性以及在某些介质中良好的耐蚀性，而铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热导率和电导率高以及加工成形性能好等优良品质。因此铝、铜异种金属接头广泛的应用于电力、电气、化工、制冷和航空航天工业中，具有广泛的实际应用价值。铜在国内属于稀缺资源，价格较高；而铝合金因其优良的材料性能可在某些场合完全或部分替代铜制品，从而实现铝和铜优势互补，达到材料使用性能和经济效益的平衡。
铜的熔点为1083℃，铝的熔点为660℃，铝铜焊接的难点在于它们的熔点相差过大，还有一个原因就是，铝铜焊接时容易形成脆硬金属间化合物，严重影响焊接接头的力学性能。在实际生产中广泛采用摩擦焊、扩散焊、压力焊、激光焊等实现铝/铜接头的连接，然而这些焊接方法受制于接头形式或焊接位置，工艺复杂，设备昂贵庞大，广泛地应用到工业生产当中有一定的难度。
冷金属过渡技术CMT(cold metal transfer)是指将送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调。通过控制焊丝运动和电源输出波形实现焊接过程中“冷”和“热”的交替。当熔滴与熔池发生短路时，短路信号会反馈给焊机的DSP处理器，焊机会切断电流，并将信号反馈给送丝机，送丝机回抽焊丝，使得焊丝与熔滴分离，且熔滴在无电流状态下过渡。与普通的MIG/MAG焊相比，CMT技术具有许多优良特性。MIG/MAG焊是目前世界上应用广泛、经济、有效地焊接工艺，但其热输人量高、变形大、飞溅无法避免，限制了它在某些领域的应用，尤其是1mm以下的薄板更是MIG/MAG焊难以解决的难题。而CMT技术可以实现无飞溅起弧，减少了焊后清理工作；弧长控制精确，电弧更稳定；焊接过程中热输入量小，能够进行薄板(可达0.3mm)对接焊而不需要对工件进行背面气体保护；较高的装配间隙容忍度使得焊接过程操作容易，特别适用于自动焊。
发明内容
冷金属过渡(CMT)技术因其特殊的熔滴过渡方式，具有焊接质量好、焊接热输入低、无飞溅起弧、焊接变形小等特点。另外，良好的搭桥能力和焊接过程中的数字化控制使得其在异种金属连接中具有较大的优势。本试验就运用了CMT技术，实现了超薄铝铜板的完美焊接。具体方案如下：
一种超薄铝-铜变极性CMT焊接工艺方法，所述焊接工艺方法过程为：
1)选取铝合金板作为焊接母材，铜板作为焊件，AlSi5作为焊丝，焊接过程中的保护气体为Ar；
2)焊前准备工作：
①先后用粗磨砂纸和细磨砂纸打磨铝合金板的表面，然后对上述处理过的焊接母材先碱洗后酸洗风干，对铜板进行酸洗后并用酒精擦拭并风干；
②将铜板置于面接触夹具上，再把将铜板搭接在铝合金板上表面，搭接宽度为30-40mm，然后使用夹具将两块板材固定；
3)将固定在一起的板材送入焊机内进行焊接，焊接工艺参数范围如下：送丝速度3～5m/min，弧长修正0～12％，EP/EN-Balance为0～-0.5％，气流量16～20L/min，起弧电流60％～80％，收弧电流15％～25％，干伸长10～15mm；焊枪以50°～70°推进，焊丝距离上板的偏移量范围为1.5～3.0mm；
4)焊后检测与分析：焊后对焊缝的外观进行查看，对焊接接头进行力学性能检测，采用XRD对金属间化合物进行成分分析。
进一步的，铝合金板为1060铝合金板，铜板为T2铜板。
进一步的，先后用800目粗磨砂纸和2000目的细磨砂纸打磨铝合金板的表面。
进一步的，焊丝距离上板的偏移量范围为1.5～3.0mm。
本发明能够使用适宜的工艺参数实现超薄铝铜板的搭接焊，严格控制了超薄铝铜板在焊接过程中的热变形，避免了铝铜之间产生大量的脆硬金属间化合物和焊穿等情况。本发明的提出解决了超薄铝铜板焊接工艺难，焊接成本高等问题，有效的节约了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中，焊接的示意图；
图2为本发明一实施例中，焊接示意图的侧视图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种超薄铝-铜变极性CMT焊接工艺方法，所述焊接工艺方法过程为：
步骤S1、试验采用CMT(冷金属过渡焊接)方法，严格控制热输入以及起弧与收弧电流，防止超薄铝铜板变形及焊穿。焊接母材选用1060铝合金板，规格为100×50×0.5mm，T2铜板作为焊件，规格为100×50×0.5mm；焊丝选择直径为1.2mm的AlSi5，保护气体为氩气(Ar)，纯度为99.99％，焊机使用Fronius公司的TPS-4000Advance焊机。
步骤S2、焊前准备工作：
①先后用粗磨砂纸和细磨砂纸打磨铝合金板的表面，然后对上述处理过的焊接母材先碱洗后酸洗风干，对铜板进行酸洗后并用酒精擦拭并风干；其中，采用吹风机进行风干；
②将铜板置于面接触夹具上，再把将铜板搭接在铝合金板上表面，搭接宽度为30-40mm，然后使用夹具将两块板材固定，防止焊接过程中板材的移动。
步骤S3、将固定在一起的板材送入焊机内进行焊接，焊接工艺参数范围如下：送丝速度3～5m/min，弧长修正0～12％，EP/EN-Balance 0～-0.5％，气流量16～20L/min，起弧电流60％～80％，收弧电流15％～25％，干伸长10～15mm；焊枪以50°～70°推进，焊丝距离上板的偏移量范围为1.5～3.0mm。其中，在焊接过程中，焊丝距离上板的偏移量范围为1.5～3.0mm。
采用上述工艺对1060铝合金板和T2铜板进行焊接后，需观察焊缝成型、焊缝截面，查看余高、熔深、熔宽等情况；并进行拉伸试验,硬度测试来检测接头的力学性能，以及进行XRD分析，检测其金属间化合物。采用本发明提供的工艺进行焊接，焊缝连续美观，无咬边及焊穿的缺陷；之后对焊接接头进行力学性能检测，拉伸强度接近母材，硬度符合要求；同时进行XRD(X-raydiffraction，X射线衍射)分析后，金属间化合物的成分也符合要求。
下面就本发明提供的CMT焊接工艺方法列举两个具体实施例进行说明：
普通实施例
试验采用CMT(冷金属过渡焊接)方法，严格控制热输入以及起弧与收弧电流，防止超薄铝铜板变形及焊穿。焊接母材选用1060铝合金，规格为100×50×0.5mm，T2铜板作为焊件，规格为100×50×0.5mm，焊丝选择直径为1.2mm的AlSi5，保护气体为氩气(Ar)，纯度为99.99％，焊机使用Fronius公司的TPS-4000Advance焊机。
①分别用800目和2000目的砂纸将母材表面打磨，然后对上述处理过的铝板先碱洗后酸洗，铜板酸洗，并用酒精擦拭，吹风机吹干备用。
②将上述铝板至于面接触夹具上，再把铜板搭接在铝板上，搭接宽度为35mm，然后使用夹具将两个薄板固定，防止焊接过程中板材的移动。
③试验选择CMT Advance模式进行焊接，送丝速度为3.6m/min；弧长修正：5％；EP/EN-Balance：-0.5％；气流量：18L/min；起弧电流：70％；收弧电流：20％；干伸长：13mm；焊枪是以一个推角推进，焊枪推角：60°。焊丝距离上板的偏移宽度范围为3mm。在此工艺下进行焊接，无咬边、焊穿等缺陷，脆硬金属间化合物符合要求，经过拉伸，硬度检测可知其力学性能也符合要求。
最优实施例
试验采用CMT(冷金属过渡焊接)方法，严格控制热输入以及起弧与收弧电流，防止超薄铝铜板变形及焊穿。焊接母材选用1060铝合金，规格为100×50×0.5mm，T2铜板作为焊件，规格为100×50×0.5mm，焊丝选择直径为1.2mm的AlSi5，保护气体为氩气(Ar)，纯度为99.99％，焊机使用Fronius公司的TPS-4000Advance焊机。
①分别用800目和2000目的砂纸将母材表面打磨，然后对上述处理过的铝板先碱洗后酸洗，铜板酸洗，并用酒精擦拭，吹风机吹干备用。
②将上述铝板至于面接触夹具上，再把铜板搭接在铝板上，搭接宽度为35mm，然后使用夹具将两个薄板固定，防止焊接过程中板材的移动。
③试验选择CMT Advance模式进行焊接，送丝速度为3.7m/min；弧长修正：10％；EP/EN-Balance为-0.4％；气流量18L/min；起弧电流：70％；收弧电流：24％；干伸长：12mm；焊枪是以一个推角推进，焊枪推角：60°。焊丝距离上板的偏移宽度范围为2.5mm。在此工艺下进行焊接后经测试数据表明，各项数据均优于实施例一，因此本实施例为最优实施例。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种超薄铝-铜变极性CMT焊接工艺方法，其特征在于，所述焊接工艺方法过程为：
1)选取铝合金板作为焊接母材，铜板作为焊件，AlSi5作为焊丝，焊接过程中的保护气体为Ar；
2)焊前准备工作：
①先后用粗磨砂纸和细磨砂纸打磨铝合金板的表面，然后对上述处理过的焊接母材先碱洗后酸洗风干，对铜板进行酸洗后并用酒精擦拭并风干；
②将铜板置于面接触夹具上，再把将铜板搭接在铝合金板上表面，搭接宽度为30-40mm，然后使用夹具将两块板材固定；
3)将固定在一起的板材送入焊机内进行焊接，焊接工艺参数范围如下：送丝速度3～5m/min，弧长修正0～12％，EP/EN-Balance为0～-0.5％，气流量16～20L/min，起弧电流60％～80％，收弧电流15％～25％，干伸长10～15mm；焊枪以50°～70°推进，焊丝距离上板的偏移量范围为1.5～3.0mm；
4)焊后检测与分析：焊后对焊缝的外观进行查看，对焊接接头进行力学性能检测，采用XRD对金属间化合物进行成分分析。
2.根据权利要求1所述的超薄铝-铜变极性CMT焊接工艺方法，其特征在，铝合金板为1060铝合金板，铜板为T2铜板。
3.根据权利要求1所述的超薄铝-铜变极性CMT焊接工艺方法，其特征在，先后用800目粗磨砂纸和2000目的细磨砂纸打磨铝合金板的表面。
4.根据权利要求1所述的超薄铝-铜变极性CMT焊接工艺方法，其特征在，焊丝距离上板的偏移量范围为1.5～3.0mm。
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