CN108465906A - 铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法 - Google Patents

铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铝‑钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法，本发明采用一种直径1.2mm的铝基焊丝(Al‑5Si)，通过CMT(冷金属过渡)熔钎焊技术，结合特定的焊接参数，实现铝/钢之间的有效连接，得到成形及性能良好的铝/钢CMT(冷金属过渡)熔钎焊焊缝搭接接头。

Description

铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法
技术领域
本发明适用于铝和钢的焊缝搭接，可以是直焊缝或环形焊缝，属于金属 材料加工范畴，具体为一种铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法。
背景技术
近年来，为了达到节能减排的目的，汽车制造轻量化已经成为了一种趋 势，使用铝代替钢可以在满足结构强度要求的前提下大大降低结构的重量。 因此，铝/钢焊接接头的质量、效率以及其可靠性显得至关重要。
由于铝和钢之间熔点差异大，铝已熔化，钢才开始加热。且铝和钢的热 膨胀系数、热导率及热容量相差大，接头会产生较大的热应力。同时铁和铝 之间在焊接过程中容易产生脆性的金属间化合物，降低接头的力学性能。目 前，铝/钢的焊接方法主要包括压力焊、钎焊以及熔钎焊等。CMT(冷金属过 渡)熔钎焊技术的熔滴过渡方式区别于传统的电弧焊接技术，因为其具有热 输入低、飞溅少、变形小、搭桥能力好和焊接效率高等特点在铝/钢的焊接上 具有一定的优势。
虽然已有部分资料显示，可采用CMT(冷金属过渡)熔钎焊连接铝和钢， 但是，当具体操作时难免会遇到焊缝与焊缝之间的搭接问题。目前，在国内 未见铝/钢焊缝与焊缝之间搭接的相关资料，并且铝/钢熔钎焊缝的搭接不同于 传统的焊缝搭接，如钢/钢的焊缝搭接、铝/铝的焊缝搭接。使用CMT(冷金 属过渡)熔钎焊连接铝/钢时，起弧焊缝起弧处容易虚焊以及蒸发造成的锌的 缺失，在收弧焊缝与起弧焊缝搭接时容易产生润湿性差和未焊透等缺陷。因 此，需要一种铝/钢CMT(冷金属过渡)熔钎焊焊缝搭接方法来解决铝/钢CMT (冷金属过渡)熔钎焊焊缝搭接处的缺陷问题，促进铝/钢结构的工业化利用。
发明内容
本发明提供了一种铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法，包括：
使用砂纸对铝板和钢板需要焊接的部位进行打磨后并用有机溶剂擦拭， 以去除板材表面的氧化膜和杂质，之后进行干燥处理；
将铝板一端搭接在钢板上，钢板和铝板重叠部分的宽度为8-15mm，焊接 工艺参数范围如下：
采用铝基焊丝，铝基焊丝直径为1.2mm，焊丝干伸长为10mm，送丝速度 为5～7m/min，焊接速度为0.3～0.5m/min，起弧焊缝焊枪偏钢0.5～1.5mm，收 弧焊缝在电弧接近起弧处时，焊枪均匀往钢侧外面移动，最终收弧焊缝收弧 处中心与起弧焊缝中心线的距离为1.5-2mm，且起弧焊缝与收弧焊缝之间的搭 接长度为15～20mm；
其中，先利用CMT焊接进行起弧焊缝的焊接，再进行收弧焊缝的施焊， 起弧电流为50％I～120％I，停留时间为0.2～1s，收弧电流为50％I～150％I，停 留时间为1～2.5s。
进一步的，焊接过程中，采用流量为15-25L/min的纯氩气作为保护气体。
进一步的，焊枪与焊接移动轨迹成60°-85°推角，且焊枪与钢板成60°-90° 倾角。
本发明的优势在于，使用CMT(冷金属过渡)熔钎焊方法，在焊接过程 中，通过控制起弧参数、收弧参数、焊枪位置以及焊缝偏移距离。焊缝偏移 距离，即改变收弧焊缝的焊接路径，使收弧电弧在接近起弧处时，焊枪逐渐 往钢侧外面移动。从而使收弧焊缝与起弧焊缝搭接时焊枪往钢侧均匀偏移一 定的距离，确保铝/钢CMT(冷金属过渡)熔钎焊焊缝搭接接头成形良好，无 虚焊和不润湿现象，同时使焊缝搭接处的性能达到或超过焊缝其他处。其中， 采用本发明所得的铝/钢CMT(冷金属过渡)熔钎焊焊缝搭接接头的抗剪强度 超过200MPa，且断裂位置在铝/钢熔钎焊接头的熔合区。
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1-2为焊缝搭接示意图，其中1为铝板，2为钢板，3为焊枪。铝板厚 2.7mm，长150mm，宽100mm；钢板厚2mm，长150mm，宽100mm。铝板 在上钢板在下组成搭接接头，铝板和钢板的搭接部分宽度为10mm。焊枪在焊 接方向上成75°推角，在与焊接方向垂直的方向上与钢板成62°倾角，焊丝干 伸长10mm。
图3为焊接位置示意图，其中在焊接过程中，焊枪偏钢距离为D1。在收 弧焊缝接近起弧处时，焊枪均匀往钢侧外面移动，最终收弧焊缝收弧处中心 与起弧焊缝中心线的距离为D2。焊缝搭接长度大约为20mm。
图4为收弧焊缝偏移D2为1.5mm时，焊缝搭接部分的宏观示意图，起 弧电流：80％I，停留时间0.2s；收弧电弧：120％I，停留时间1s。
图5为收弧焊缝偏移D2为2mm时，焊缝搭接部分的宏观示意图，起弧 电流：80％I，停留时间0.5s；收弧电流：120％I，停留时间1.5s。
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。
本发明提供了一种铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法，采用厚度 2.7mm，长150mm，宽100mm的7075铝板和厚度2.0mm，长150mm，宽100mm 的镀锌钢板进行焊接，DC51D。焊前需对铝板和钢板进行焊前处理：使用砂 纸对铝板需要焊接的部位进行打磨，目的是去除铝板表面的氧化膜；然后用 棉花球蘸取丙酮等有机溶剂擦拭经过打磨的铝板和钢板，目的是去除铝板和 钢板表面的油污等杂质；最后对经过擦拭的铝板和钢板进行快速吹干，放于 干燥处待焊。
之后将铝板一端搭接在钢板上，钢板和铝板重叠部分的宽度为8-15mm， 焊接工艺参数范围如下：
采用铝基焊丝，铝基焊丝直径为1.2mm，焊丝干伸长为10mm，送丝速度 为5～7m/min，焊接速度为0.3～0.5m/min，起弧焊缝焊枪偏钢0.5～1.5mm，收 弧焊缝在电弧接近起弧处时，焊枪均匀往钢侧外面移动，最终收弧焊缝收弧 处中心与起弧焊缝中心线的距离为1.5-2mm，且起弧焊缝与收弧焊缝之间的搭 接长度为15～20mm。其中，在本发明中，先利用CMT焊接进行起弧焊缝的 焊接，再进行收弧焊缝的施焊，起弧电流为50％I～120％I，停留时间为0.2～1s， 收弧电流为50％I～150％I，停留时间为1～2.5s。
其中，焊枪移动轨迹与焊枪的角度为60°-85°(优选为75°)推角，焊枪 与钢板成60°-90°(优选为62°)倾角，且焊接过程中，采用流量为15-25L/min (优选为20L/min)的纯氩气作为保护气体。
下面结合图3-5对本发明做详细说明。
实施例1：D2＝1.5mm
本实施案例中，CMT熔钎焊工艺参数选择为：起弧电流：80％I，停留时 间0.2s；收弧电流：120％I，停留时间1s；送丝速度为5m/min，焊接速度为 0.3m/min。焊枪与焊接方向成75°的推角，与钢板成62°倾角。焊丝为直径1.2mm 的Al-5Si焊丝，焊丝干伸长为10mm。采用流量为20L/min的纯氩气作为保护 气体。
将铝板和钢板采用铝板在上钢板在下的形式组成搭接接头，其中铝板和 钢板的搭接部分宽度为10mm，焊枪往钢侧偏移距离1mm。然后利用CMT(冷 金属过渡)焊机进行起弧焊缝的焊接；然后再进行收弧焊缝的施焊，在收弧 焊缝接触到起弧焊缝时改变焊接路径，使焊枪往钢侧均匀偏移直至焊缝搭接 接头长度20mm左右时，此时收弧焊缝收弧处中心与起弧焊缝中心线的距离 D2＝1.5mm。
在本实施例中，得到的焊缝如图2所示。焊缝连续均匀，焊缝搭接接头 成形美观，润湿性好。焊后对该焊缝进行了抗剪拉伸试验，拉伸速度 1mm/min，测得其抗剪强度达到210MPa，且断裂在铝/钢熔钎焊接头的熔合区。
实施例1：D2＝2mm
本实施案例中，CMT熔钎焊工艺参数选择为：起弧电流：120％I，停留时 间0.5s；收弧电流：120％I，停留时间1.5s；送丝速度为5m/min，焊接速度为 0.3m/min。焊枪与焊接方向成75°的推角，与钢板成62°倾角。焊丝为直径1.2mm 的Al-5Si焊丝，焊丝干伸长为10mm。采用流量为20L/min的纯氩气作为保护 气体。
将铝板和钢板采用铝板在上钢板在下的形式组成搭接接头，其中铝板和 钢板的搭接部分宽度为10mm，焊枪往钢侧偏移距离1mm。然后利用CMT(冷 金属过渡)焊机进行起弧焊缝的焊接；然后在进行收弧焊缝的施焊；在收弧 焊缝接触到起弧焊缝时改变焊接路径，使焊枪往钢侧均匀偏移直至焊缝搭接 接头长度20mm左右时，此时收弧焊缝收弧处中心与起弧焊缝中心线的距离 D2＝2mm。
在本实施例中，得到的焊缝连续均匀，焊缝搭接接头成形美观，润湿性 好。焊后对该焊缝进行了抗剪拉伸试验，拉伸速度1mm/min，测得其抗剪强 度达到230MPa，且断裂在铝/钢熔钎焊接头的熔合区。
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 (3)

1.一种铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法，其特征在于，包括：
使用砂纸对铝板和钢板需要焊接的部位进行打磨后并用有机溶剂擦拭，以去除板材表面的氧化膜和杂质，之后进行干燥处理；
将铝板一端搭接在钢板上，钢板和铝板重叠部分的宽度为8-15mm，焊接工艺参数范围如下：
采用铝基焊丝，铝基焊丝直径为1.2mm，焊丝干伸长为10mm，送丝速度为5～7m/min，焊接速度为0.3～0.5m/min，起弧焊缝焊枪偏钢0.5～1.5mm，收弧焊缝在电弧接近起弧处时，焊枪均匀往钢侧外面移动，最终收弧焊缝收弧处中心与起弧焊缝中心线的距离为1.5-2mm，且起弧焊缝与收弧焊缝之间的搭接长度为15～20mm；
其中，先利用CMT焊接进行起弧焊缝的焊接，再进行收弧焊缝的施焊，起弧电流为50％I～120％I，停留时间为0.2～1s，收弧电流为50％I～150％I，停留时间为1～2.5s。
2.根据权利要求1所述的铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法，其特征在于，焊接过程中，采用流量为15-25L/min的纯氩气作为保护气体。
3.根据权利要求1所述的铝-钢材质冷金属过渡熔钎焊焊缝搭接方法，其特征在于，焊枪与焊接移动轨迹成60°-85°推角，且焊枪与钢板成60°-90°倾角。
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