CN108672967B - 一种抗锈铝包钢丝网的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗锈铝包钢丝网的焊接方法，该方法的具体步骤是：第一步、设计焊接夹具：所述焊接夹具包括夹具A和夹具B，所述夹具A为圆柱形，在夹具A的顶面上设有过夹具A圆心的横向凹槽；所述夹具B与夹具A的直径相同，夹具A的高度为夹具B的1.2‑1.5倍，夹具B的顶面上设有深通槽和浅通槽，深通槽和浅通槽呈交叉型布置，深通槽的深度为待焊接铝包钢丝直径的2/3～9/10，浅通槽的深度为待焊接铝包钢丝直径的1/2～1/3，浅通槽与夹具A的横向凹槽相互配合后在同一个平面内；第二步、焊接夹具表面处理；第三步、焊接夹具装配：第四步、装配铝包钢丝；第五步、设定焊接参数进行焊接。该方法具有低成本、高效率、无污染等优点，接头处结合性好，强度高。

Description

一种抗锈铝包钢丝网的焊接方法

技术领域

本发明属于复合材料焊接领域，尤其是涉及一种通过拉拔实现包覆的材料的焊接方法。

背景技术

铝包钢作为一种新型材料于50年代初制造出第一批铝包钢丝，发展至今铝包钢丝的生产方法多种多样。由于其较好的导电性以及其较高的强度、耐腐蚀性等特点，目前广泛应用于电力行业、光缆行业。专利号为ZL201510323898.0的中国专利公开了一种铝包钢线的制造方法。发展至今，铝包钢丝制造技术已经趋于成熟，但是使用中铝包钢丝常以绞合的方式进行连接使用。国内没有关于铝包钢丝的焊接的相关论文及专利，根据对铝包钢丝的性能的分析以及相对于普通钢丝焊接对比，铝包钢丝在焊接时可能会存在接头处包覆层破坏，成为抗锈的薄弱环节的问题。主要是由于以下原因，

(1)滚焊、排焊均会对焊接接头处造成较大压力，破坏铝包覆层表面，不适宜铝包钢丝的焊接。

(2)采用钎焊的方式，钎料、钎剂很难准确到达焊点处，易对铝包钢丝表面进行腐蚀。

(3)手工电弧焊焊接时，焊接参数难以保证，容易造成表面破损，影响焊接质量。

专利号为ZL201620474559.2的中国专利公开一种滚花铁丝网焊接机，文中介绍了一种钢丝网焊接的排焊机器的设计，可以精准的控制丝网之间的焊接角度，同时可以大批量生产。但由于其设计针对普通钢丝设计，而铝包钢丝的铝包覆层强度低、质地软，焊接时极易被破坏，因此不适宜铝包钢丝网的焊接。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种新型抗锈铝包钢丝网的焊接方法。该方法针对铝包钢丝开发，具有低成本、高效率、无污染等优点，在保证一定强度的基础上保证铝包钢丝包覆层不被破坏从而实现焊接处抗锈性能的保持，接头处保证结合性好，强度高，且具备一定抗剪切以及抗腐蚀能力，能得到铝包钢丝网。

为解决所述技术问题本发明所采用的技术方案是：

一种新型抗锈铝包钢丝网的焊接方法，该方法的具体步骤是：

第一步、设计焊接夹具：所述焊接夹具包括夹具A和夹具B，所述夹具A为圆柱形，在夹具A的顶面上设有过夹具A圆心的横向凹槽；所述夹具B与夹具A的直径相同，夹具A的高度为夹具B的1.2-1.5倍，夹具B的顶面上设有深通槽和浅通槽，深通槽和浅通槽呈交叉型布置，深通槽的深度为待焊接铝包钢丝直径的2/3～9/10，浅通槽的深度为待焊接铝包钢丝直径的1/2～1/3，浅通槽与夹具A的横向凹槽相互配合后在同一个平面内；

第二步、焊接夹具表面处理：将第一步的焊接夹具进行表面处理，除去表面油污以及氧化膜；

第三步、焊接夹具装配：将处理好的焊接夹具装配在焊接机的两极的卡簧上，其中夹具A装配在焊接机的正电极上，夹具B装配在焊接机的负电极上；

第四步、装配铝包钢丝：首先将一根铝包钢丝放到夹具B的深通槽中，再将另一根铝包钢丝放入夹具B的浅通槽中，然后调整夹具A和夹具B之间的垂直距离，使装配在夹具B浅通槽中的铝包钢丝上部能够在焊接时恰好被夹具A的横向凹槽覆盖；

第五步、设定焊接参数进行焊接：设定焊接电压为100V—140V、电极压力为1.0MPa—1.4MPa，通电时间为0.1s—0.3s，然后开始焊接，即可完成抗锈铝包钢丝网的焊接。

一种拉伸夹具，该拉伸夹具用于上述的新型抗锈铝包钢丝网的焊接接头处的强度测试，其特征在于，所述拉伸夹具包括两个结构相同的拉伸头，每个拉伸头均包括固定板和拉头，固定板一端与拉伸试验机相连接，另一端与拉头一端连接；所述拉头具有两个拉爪，两个拉爪一端相交在一起与固定板连接固定，另一端分别勾在待测试的焊接后的铝包钢丝接头处上，且同一个拉伸头的两个拉爪勾住接头处同一根铝包钢丝的两端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明焊接方法中，采用能安装正负电极的焊接方式进行焊接，并对焊接夹具进行了改进，改进后的焊接夹具能适用于铝包钢丝网的焊接，能焊接出各种形状的铝包钢丝网；储能点焊可以实现多焊接接头同时焊接。相对于单点焊接，其工作效率可提高数倍，甚至数十倍。同时本发明焊接方法可以省去铝包钢丝表面处理过程，在减少对环境的污染的同时，实现铝包覆层不被破坏，又能显著提高了工作效率。

(2)本发明焊接方法，工艺稳定，操作简单，在特定的焊接条件下，并配合焊接夹具可以保证铝包钢焊丝在焊接时其包覆层不被破坏的同时，实现包覆层之间的原子间连接，保证焊接接头处铝包覆层仍能很好的包覆在钢芯表面，相较于普通钢丝焊接接头其抗锈能力提高了5-6倍；相对于传统焊接方法直接焊接的铝包钢丝由于接头处表面破损，抗锈性相较于普通钢丝下降了20％左右。

(3)本发明焊接方法中两根铝包钢丝之间的相对角度由焊接夹具上的交叉通槽决定，焊接夹具固定后，其就相对角度固定，可以有效的保证焊接时两根铝包钢丝的相对角度。

(4)从实施例4可以看出，本申请焊接方式，钢芯之间也产生熔合，因此强度接近270Mpa，相对于铝包覆层之间连接的几十兆帕的强度要高出4-6倍，说明本申请焊接方法实现了双重焊接。

(5)由于焊接时采用储能点焊，可以实现通过小的输入电压进行能量的存储，然后通过电容的瞬间释放来获得大输出流，减轻焊机对电路压力。

附图说明

图1为焊接夹具中夹具A的主视结构示意图；

图2为焊接夹具中夹具A的俯视结构示意图；

图3为焊接夹具中夹具B的主视结构示意图；

图4为焊接夹具中夹具B的俯视结构示意图；

图5为实施例1所用铝包钢丝的截面图；

图6(a)实施例1焊接方法制备的铝包钢丝焊接接头整体的照片图；

图6(b)实施例1焊接方法制备的铝包钢丝焊接接头结合面处的100倍金相显微电镜图；

图6(c)为实施例1焊接方法制备的铝包钢丝焊接接头进行腐蚀后结合面处的100倍金相显微电镜图；

图7为拉伸夹具的拉伸头的结构示意图；

图8为拉伸夹具与待测试焊接接头的装配示意图；

图中，1横向凹槽，2深通槽，3浅通槽，4固定板，5拉爪，6铝包钢丝。

具体实施方式

下面结合实施例及附图详细叙述本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的进一步限定。

本发明新型抗锈铝包钢丝网的焊接方法(简称焊接方法)，该方法的具体步骤是：

第一步、设计焊接夹具：所述焊接夹具包括夹具A和夹具B(参见图1-4)，所述夹具A为圆柱形，在夹具A的顶面上设有过夹具A圆心的横向凹槽；所述夹具B与夹具A的直径相同，夹具A的高度为夹具B的1.2-1.5倍，夹具B的顶面上设有深通槽2和浅通槽3，深通槽2和浅通槽3呈交叉型布置，深通槽2的深度为待焊接铝包钢丝直径的2/3～9/10，浅通槽3的深度为待焊接铝包钢丝直径的1/2～1/3，浅通槽3与夹具A的横向凹槽相互配合后在同一个平面内，以保证焊接电极施压时焊接接头处铝包钢丝包覆层不会被破坏的同时保证两根铝包钢丝焊接时的角度；

第二步、焊接夹具表面处理：将第一步的焊接夹具进行表面处理，除去表面油污以及氧化膜；

第三步、焊接夹具装配：将处理好的焊接夹具装配在焊接机的两极的卡簧上，其中夹具A装配在焊接机的正电极上，夹具B装配在焊接机的负电极上，正极在上，焊接时可上下移动，负极在下，焊接时固定不动；调整夹具A的角度，使夹具A端面的横向凹槽与夹具B的浅通槽在同一平面内对齐；

第四步、装配铝包钢丝：首先将一根铝包钢丝放到夹具B的深通槽中，再将另一根铝包钢丝放入夹具B的浅通槽中，然后调整夹具A和夹具B之间的垂直距离，使装配在夹具B浅通槽中的铝包钢丝上部能够在焊接时恰好被夹具A的横向凹槽覆盖；

第五步、设定焊接参数进行焊接：设定焊接电压为100V—140V、电极压力为1.0MPa—1.4MPa，通电时间为0.1s—0.3s，然后开始焊接，即可完成抗锈铝包钢丝网的焊接。

本发明焊接方法中，在第四步装配铝包钢丝之前，可以对铝包钢丝表面进行清理，具体过程是：用砂纸对铝包钢丝表面进行处理，然后用丙酮、酒精对表面油污及铝粉进行清理；清理后再焊接，可以增强焊接的精度，不进行清理直接焊接，也能保证抗锈及强度生产要求，提高生产效率。

将通过本发明方法焊接后的铝包钢丝进行焊接接头性能检验，包括接头组织性能测试、盐雾实验、接头力学性能测试，具体过程如下：

(1)接头组织性能测试：

将上述焊接好的铝包钢丝焊接接头进行剪切，并用镶样机进行镶嵌，得到待测试试样。然后对待测试试样进行砂纸打磨，并抛光；再采用13XF-PC光学金相显微镜在100倍下观察接头组织。

(2)盐雾实验：

将上述焊接好的多个不同条件下得到的铝包钢丝焊接接头进行盐雾试验，并依据实施例以及对比例进行分类编号，经48小时后取出，观察焊接接头处腐蚀情况。

(3)接头力学性能测试：

a)拉伸夹具设计：所述拉伸夹具包括两个结构相同的拉伸头，每个拉伸头(参见图7)均包括固定板4和拉头，固定板一端与拉伸试验机相连接，另一端与拉头一端连接；所述拉头具有两个拉爪5，两个拉爪一端相交在一起与固定板连接固定，另一端分别勾在待测试的焊接后的铝包钢丝接头处上，且同一个拉伸头的两个拉爪勾住接头处同一根铝包钢丝6的两端。优选固定板与拉头垂直布置。具体制作过程如下：取铁板以及钢丝，制作拉伸夹具，选取两块尺寸相同的铁板钢材制作固定板，固定板的尺寸为：长10cm、宽5cm、厚2mm，在每块固定板的中心线上打孔，孔的直径为2.5mm；然后使用砂轮、角磨机、砂纸等对表面进行处理，除去表面氧化膜；再取两段长为15cm的直径为2.2mm的钢丝弯折后形成两个拉爪，拉爪一端都固定在固定板上的孔处，锤击拉爪与固定板的接触处，保证简单的定位以及具有一定的塑性强化。两个拉爪保证能够将铝包钢丝接头固定，最终两个端部平齐，拉伸时由于拉抓的塑性变形，可能会影响接头拉伸测量时的应变大小，但是对强度高低影响不大。

b)接头装配，小心将接头装配到拉伸夹具上，并确保装配时拉伸夹具对接头没有明显的力的作用，即不存在或者存在内应力不影响试验结果。

c)拉伸：将装配好的接头进行拉伸。

本申请方法主要是铝包钢丝之间搭接焊接，形成铝包钢丝网，不适用于对接焊接。本发明中焊接后的铝包钢丝网接头处的两个铝包钢丝网的夹角与夹具B顶面的两个通槽之间的夹角有关，如果深通槽和浅通槽相互垂直，则加工出的钢丝网的单元形状为正方形，如需要其他角度的铝包钢丝搭接接头，可改变夹具B的深通槽和浅通槽之间相对角度，同时调整夹具A，使夹具A的横向凹槽与夹具B的浅通槽在同一平面内即可。

本发明方法适用于单点焊、多点焊及排焊等焊接方式，也适用于其他包覆的金属复合材料的焊接。

实施例1

本实施例新型抗锈铝包钢丝网的焊接方法，使用储能点焊的焊接方式进行焊接，优化焊接工艺参数，获得良好的结合性以及抗锈性。选取钢芯直径为2.0mm包覆层厚度为0.1mm的铝包钢丝为焊接对象。选用TR-60000储能点焊机进行焊接，具体步骤是：

第一步、设计焊接夹具：所述焊接夹具包括夹具A和夹具B，所述夹具A为圆柱形，在夹具A的顶面上设有过夹具A圆心的横向凹槽；所述夹具B与夹具A的直径均为15mm，夹具A的高度为120mm。夹具B的高度为90mm，夹具B的顶面上设有深通槽2和浅通槽3，深通槽2和浅通槽3呈十字交叉型布置，深通槽2的深度为1.85mm，浅通槽3和横向凹槽的深度均为待焊接铝包钢丝直径的1/2，浅通槽3与夹具A的横向凹槽相互配合后在同一个平面内，以保证储能点焊焊接电极施压时焊接接头处铝包钢丝包覆层不会被破坏的同时保证两根铝包钢丝焊接时的角度；

第二步、焊接夹具表面处理：将第一步的焊接夹具进行表面处理，除去表面油污以及氧化膜；由于夹具使用机械切割制作，表面有大量油污、粉末等，需用080号砂纸进行打磨光滑，至有金属光泽；夹具A和夹具B的开槽的端部需用080砂纸磨平后用1000号砂纸磨光，确保能完全接触。

第三步、焊接夹具装配：将处理好的焊接夹具装配在悬臂式储能点焊机的两极的卡簧上，其中夹具A装配在储能点焊机的正电极上，夹具B装配在储能点焊机的负电极上，正极在上，焊接时可上下移动，负极在下，焊接时固定不动；调整夹具A的角度，使夹具A端面的横向凹槽与夹具B的浅通槽在同一平面内对齐；

第四步、装配铝包钢丝：首先将一根铝包钢丝放到夹具B的深通槽中，再将另一根铝包钢丝放入夹具B的浅通槽中，然后调整夹具A和夹具B之间的垂直距离，使装配在夹具B浅通槽中的铝包钢丝上部能够在焊接时恰好被夹具A的横向凹槽覆盖；

第五步、设定焊接参数进行点焊：设定焊接电压为100V、电极压力为1.2MPa，通电时间为0.2s，然后开始点焊，即可完成抗锈铝包钢丝网的焊接。

实施例2-11

实施例2-11的焊接方法同实施例1，不同之处在于焊接参数设置的不同，具体各实施例的焊接参数如表1所示，

表1实施例1-11焊接参数

	焊接电压V(％)	通电时间t(ms)	电极压力F(MPa)
				实施例1	100	0.2	1.2
实施例2	100	0.3	1.4
				实施例3	120	0.3	1.2
实施例4	120	0.2	1.4
				实施例5	120	0.3	1.0
实施例6	130	0.2	1.4
				实施例7	130	0.2	1.2
实施例8	130	0.1	1.4
				实施例9	140	0.1	1.4
实施例10	140	0.2	1.0
				实施例11	140	0.3	1.2

对比例1-3

对比例1-3的焊接方法同实施例1，不同之处在于焊接参数设置的不同，具体各实施例的焊接参数如表2所示，

表2对比例1-3焊接参数

	焊接电压V(％)	通电时间t(ms)	电极压力F(MPa)
				对比例1	160	0.3	1.4
对比例2	160	0.2	1.2
				对比例3	160	0.1	1.0

对上述实施例1-11以及对比例1-3的焊接接头进行性能检验：

1)接头组织性能测试：

a)将焊接后的铝包钢丝焊接接头进行剪切，并用镶样机进行镶嵌，加入电木粉，加压并加温到135℃保温10分钟后取出。

b)依次使用400、600、1000号砂纸进行打磨，露出铝包钢丝焊接接头横截面，使用抛光机、金刚石研磨膏对其进行抛光，使用酒精冲洗干净后烘干。

c)对接头宏观表面观察，如图6(a)所示，接头铝包钢层无明显压痕、接头横纵两根铝包钢丝铝包覆层接触处无破损，包覆严密。为观察其包覆状态，使用100倍显微观察焊接接头左右两侧包覆层破坏情况如图6(b)所示。焊接接头铝包覆层实现完美的原子结合，无破损，包覆在接头处。为观察焊接时，铝包覆层去向，对铝包钢丝进行分阶段腐蚀，铝层采用开勒试剂腐蚀，钢芯采用4％硝酸酒精进行腐蚀，100倍显微镜下观察其组织转变情况，如图6(c)所示，两根丝可以看到很明显的分界线，其中有部分未熔入到熔池的铝，成线状分布在接头处，由于熔化时间短，铝未来得及与熔池充分混合，说明焊点处的铝部分以元素的形式进入到熔池，增大了焊点处的抗锈能力。

2)盐雾实验：

a)将焊接后的铝包钢丝焊接接头进行盐雾试验，并按实施例进行分类编号。

b)经48小时后取出。

c)观察焊接接头处腐蚀情况。

3)接头力学性能测试：

a)拉伸夹具设计：所述拉伸夹具包括两个结构相同的拉伸头，每个拉伸头均包括固定板和拉头，固定板一端与拉伸试验机相连接，另一端与拉头一端连接；所述拉头具有两个拉爪，两个拉爪一端相交在一起与固定板连接固定，另一端分别勾在待测试的焊接后的铝包钢丝接头处上，且同一个拉伸头的两个拉爪勾住接头处同一根铝包钢丝的两端。

b)接头装配，小心将接头装配到拉伸夹具上，并确保装配时拉伸夹具对接头没有明显的力的作用，即不存在或者存在内应力不影响试验结果。

c)拉伸：将装配好的接头进行拉伸。

经以上试验测得试验数据如表3所示：

表3实验结果

采用本发明焊接方法焊接直径为2.2mm的铝包钢丝时采用焊接电压为100V—140V、电极压力为1.0MPa—1.4MPa，通电时间为0.1s—0.3s时的工艺参数，配合所设计的焊接夹具，可获得铝包钢焊丝接头。其在实现铝包钢丝之间的焊接同时，部分铝层融入到焊点处，与融化的金属结合，在接头两侧，融化的铝层实现二次保护，可以包覆在焊点周围，保护焊点不被腐蚀。因此，此焊接工艺参数下，可获得具有一定接头强度的且抗锈性能优越的焊接接头。

实施例4的焊接条件下，焊接电压为120V，通电时间为0.2s、电极压力为1.4MPa时的接头的盐雾腐蚀实验结果，接头表面无明显锈蚀痕迹，说明该焊接参数下焊接接头抗锈能力很强，且接头强度达到269.7MPa，抗锈性优，该条件为本申请方法的最佳条件。

对比例1-3的焊接接头抗锈性不好，说明由于焊接参数的不当，导致焊接接头处的铝包钢包覆层发生破坏，严重影响了使用性能，失去了抗锈能力。由于本发明的铝包钢丝的焊接主要应用于丝网焊接，丝网的焊点密度很高，所以单个焊点要求强度不是很高，本申请方法得到的接头处强度能够满足生产要求，强度一般在190-269MPa左右，说明接头处实现双重焊接，即钢芯与钢芯焊接在一起，铝包覆层与铝包覆层焊接在一起，保证了接头处良好的抗锈性能，避免了现有铝包钢丝焊接时，由于包覆层发生破损而造成的在实际使用中破损处会残留腐蚀液而使钢丝易生锈的现象。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种抗锈铝包钢丝网的焊接方法，该方法的具体步骤是：

第一步、设计焊接夹具：所述焊接夹具包括夹具A和夹具B，所述夹具A为圆柱形，在夹具A的顶面上设有过夹具A圆心的横向凹槽；所述夹具B与夹具A的直径相同，夹具A的高度为夹具B的1.2-1.5倍，夹具B的顶面上设有深通槽和浅通槽，深通槽和浅通槽呈交叉型布置，深通槽的深度为待焊接铝包钢丝直径的2/3～9/10，浅通槽的深度为待焊接铝包钢丝直径的1/2～1/3，浅通槽与夹具A的横向凹槽相互配合后在同一个平面内；

第二步、焊接夹具表面处理：将第一步的焊接夹具进行表面处理，除去表面油污以及氧化膜；

第三步、焊接夹具装配：将处理好的焊接夹具装配在焊接机的两极的卡簧上，其中夹具A装配在焊接机的正电极上，夹具B装配在焊接机的负电极上；

第四步、装配铝包钢丝：首先将一根铝包钢丝放到夹具B的深通槽中，再将另一根铝包钢丝放入夹具B的浅通槽中，然后调整夹具A和夹具B之间的垂直距离，使装配在夹具B浅通槽中的铝包钢丝上部能够在焊接时恰好被夹具A的横向凹槽覆盖；

第五步、设定焊接参数进行焊接：设定焊接电压为100V—140V、电极压力为1.0MPa—1.4MPa，通电时间为0.1s—0.3s，然后开始焊接，即可完成抗锈铝包钢丝网的焊接。

2.根据权利要求1所述的抗锈铝包钢丝网的焊接方法，其特征在于，在第四步装配铝包钢丝之前，对铝包钢丝表面进行清理。

3.根据权利要求1所述的抗锈铝包钢丝网的焊接方法，其特征在于，该方法应用于单点焊、多点焊及排焊中。

4.根据权利要求1所述的抗锈铝包钢丝网的焊接方法，其特征在于，采用一种拉伸夹具用于对抗锈铝包钢丝网的焊接接头处的强度测试，所述拉伸夹具包括两个结构相同的拉伸头，每个拉伸头均包括固定板和拉头，固定板一端与拉伸试验机相连接，另一端与拉头一端连接；所述拉头具有两个拉爪，两个拉爪一端相交在一起与固定板连接固定，另一端分别勾在待测试的焊接后的铝包钢丝接头处上，且同一个拉伸头的两个拉爪勾住接头处同一根铝包钢丝的两端。

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