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Abstract

保护气体混合物可用于对镀锌钢板进行MIG钎焊。其主要由体积百分比大约为0.5－4的二氧化碳、大约0.2－1的氢气，以及其余是氩及所带杂质构成。

Description

用于金属惰性气体钎焊的保护气体混合物
【技术领域】
本发明涉及一种用于金属惰性气体(MIG)钎焊的气体混合物及方法。
【背景技术】
如今，现有的用于对镀锌钢板进行MIG钎焊的保护气体的性能要求对每个较窄的镀层厚度范围进行优化。一旦该厚度超过一定的极限，在钎焊过程中就会导致电弧不稳定。这种电弧的不稳定会对焊缝的几何外形和表面带来不利的影响，并显著地降低热影响区的防腐性能。通常，电弧的不稳定是由于在电弧柱中形成过量的氧化锌而造成的。
如今，工业用气体混合物依赖于将氧添加到氩中来稳定电弧，并因此而解决喷溅问题。但令人遗憾的是，氧气更进一步促使产生氧化锌。因此，氧气会损坏基底金属镀层，并影响接缝的防腐性能。如上所述，这种氩氧混合物的另一个局限性是通过添加氧而产生的电弧稳定被限制在一个窄小的镀层厚度范围内。
涉及用于MI G钎焊的保护气体的公开文献包括：JP9248668A2、WO024545A1、H.Hackl的“MIG brazing of Galvanized Light-GaugeSheet”Fronius，Austfia、G.Davies的“Pre-coated Steel in theAutomotive Industry”，MBM，1993年5月以及U.Dilthey等人的“GMA-Brazing of Galvanized and Alloyed Steels. AnAlternative Joining Technology in Vehicle Construction”，IIW，doc XII。就我们所知，这些保护气体没有一种能不受镀层厚度的限制而产生良好的电弧稳定性，并减少对镀层的损坏或者保持焊接件的防腐性能。
【发明内容】
保护气体混合物对于镀锌钢板的MIG钎焊是非常重要的。该气体混合物主要由体积百分比大约为0.5-4的二氧化碳、大约0.2-1的氢气，以及其余是氩及所带杂质构成。MIG钎焊过程采用这种保护气体来对镀锌钢板进行钎焊。首先，在可熔铜基合金焊丝电极和工件之间产生电弧。然后，保护气体混合物遮护住电弧，利用铜基合金焊丝对工件进行MIG钎焊。保护气体混合物限制了镀锌钢板的锌发生氧化并稳定了电弧。
【具体实施方式】
含有二氧化碳和氢气的氩混合气体意想不到地改善了MIG钎焊。氩基混合气体通过添加二氧化碳和氢气实现了其性能。在MIG钎焊过程中，二氧化碳和氢气分子在电弧区分解并重组产生热量并改善了焊缝表面和焊缝形状。另外，氢气提供了一个可减少锌氧化的还原环境，提高了电弧的稳定性并保持了防腐性能。而且，电弧稳定性提高使喷溅减少，改善了焊缝的形状和表面，提高了机械性能并对于大厚度范围的基底金属镀层保持了其钎焊焊缝的防腐性能。为了进行说明，MIG钎焊包括：电弧钎焊过程，在该过程中，在可熔铜基合金焊丝电极与工件之间形成电弧；以及在铜基合金焊丝相对于工件焊缝运动时，连续地向该电弧供给铜基合金焊丝。
在所有的焊接(钎焊)位置上，对于在短路或脉冲喷射转移模式下的手工和自动钎焊，保护气体混合物都进行工作。
保护气体将电弧和熔融焊丝与周围环境隔离开使其免受污染。本发明的保护气体包括体积百分比大约为0.5-4的二氧化碳。除非特别进行说明，说明书中所有的浓度都由体积百分比进行表征。为了进行加热，最好，保护气体包括大约1-3体积百分比的二氧化碳。更好的是，保护气体包括标称浓度大约为2体积百分比的二氧化碳。另外，保护气体包括大约0.2-1体积百分比的氢气以避免锌发生氧化并使电弧稳定。最好，稳定气体包括大约0.25-0.75体积百分比的氢气；更好的是包括标称浓度大约为0.5体积百分比的氢气。稳定气体的其余部分为氩及所带的杂质。
稳定气体对于热镀锌钢板和铜基填充金属是最有效的。实践证明该气体对于铜基合金例如AWS A5.7 ERCuSi-A(具有94％Cu+0.6％Sn+0.3％Fe+0.8％Mn+3.3％Si+0.6％Zn的标称组成(重量百分比))和97％Cu+0.2％Sn+0.2％Fe+0.8％Mn+1.3％Si(重量百分比)是特别有效的。
实施例
采用三种不同厚度的搭接缝、不同的钎焊位置和金属转移模式来进行实验。
实验室的实验是采用C.E.A.Electromeccaniche Annettoni S.P.A.制造的型号为SOLMIG 200 STAR的焊接机通过手工和自动钎焊来进行的。
对纯氩和氩/氧混合气体进行了大量的分析来调查和研究电弧的稳定性、焊接熔池控制、焊缝形状和表面、镀层损坏程度和参数的范围。
在此初期阶段之后，采用同样的标准对一些新的试验组合物进行实验。
表1示出了采用新的保护气体混合物进行钎焊的优化条件参数。
表1-用于量化钎焊步骤的优化条件参数，其中，所用填充焊丝的直径为0.030”(0.076cm)。
填充金属   板厚(mm)  电弧电流(A)   电弧电压(V)   钎焊速度(cm/min)    热输入量(J/mm)
 AWS A5.7ERCuSi-A     0.65     85     13.3     34.5     0.196
    0.95     92     15.1     41.2     0.202
    1.25     129     17.8     50.0     0.276
 97％Cu+0.2％Sn+0.2％Fe+0.8％Mn+1.3％Si     0.65     65     14.1     49.3     0.112
    0.95     103     14.6     55.7     0.162
    1.25     125     14.8     56.7     0.196
在钎焊试验之后，对试样进行如下的测定：(a)根据ANSI/AWS B2.2-91-Standard for Brazing Procedures and PerformanceQualification，AWS D1.3-89-Structural Welding Code-SheetSteel and Technical Standards Brazilian Association(ABNT)-NBR 7008/1994-Hot Dip Galvanized Steel Sheets对钎焊过程条件进行的机械测试；(b)冶金性能(宏观和微观结构分析)。
表2示出了与标准MIG钎焊技术条件相比对钎焊焊缝和基底金属进行拉伸试验所获得的结果。
表2-钎焊焊缝和基底金属的拉伸试验结果，其中，根据NBR7008/1994测得的最小拉伸强度至少为315Mpa。
金属转移 填充金属   板厚(mm) 拉伸强度(Mpa) 断裂位置
短路        AWS A5.7     0.65     355 基底金属
ERCuSi-A     0.95     378 基底金属
    1.25     372 基底金属
97％Cu+0.2％Sn+0.2％Fe+0.8％Mn+1.3％Si     0.65     378 基底金属
    0.95     378 基底金属
    1.25     370 基底金属
脉冲喷射 97％Cu+0.2％Sn+0.2％Fe+0.8％Mn+1.3％Si     0.95     379 基底金属
    基底金属     0.65     364
    0.95     347
    1.25     338
钎焊焊缝的宏观和微观结构分析结果表明：(1)焊缝具有均匀的宏观外形表面；(2)对基底金属镀层的损坏非常小；(3)对交变载荷具有足够的焊缝断面(良好的抗疲劳性)；(4)基底金属基本上不发生熔化；(5)没有气孔。
根据试验的结果，可推断出将氢气的加入量限制到1％可在熔化区形成还原氛围，从而减少氧化锌的形成并减小对镀层的损坏，而且还形成稳定性优良的电弧。稳定的电弧使得可将MIG钎焊用于厚度小于大约5mm的板，且在厚度小到0.65mm时还可具有优良的结果。
二氧化碳和氢气联合作用产生优良的焊缝形状，并因此而具有非常好的机械性能。保护气体可改善具有较大镀层厚度的薄镀锌钢板的MIG钎焊性能。另外，保护气体降低了对镀锌层的损坏，从而将MIG钎焊过程延伸到可用于对较小厚度的钢板，且保持了其防腐性能。
仅仅是为了方便将本发明的特定特征在一个或多个实施方案中进行了说明，因为本发明的每一个特征都可与本发明的其它特征进行组合。本领域技术人员可以认识到还有另外的实施方案，它们都应认为是包含在权利要求书所限定的范围内。

Claims (10)

1、一种用于对镀锌钢板进行MIG钎焊的保护气体混合物，其主要由体积百分比大约为0.5-4的二氧化碳、大约0.2-1的氢气，以及其余是氩及所带杂质构成。
2、根据权利要求1所述的气体混合物，其中，该气体混合物包括体积百分比大约为1-3的二氧化碳。
3、根据权利要求1所述的气体混合物，其中，该气体混合物包括体积百分比大约为0.25-0.75的氢气。
4、一种用于对镀锌钢板进行MIG钎焊的保护气体混合物，其由体积百分比大约为1-3的二氧化碳、大约0.25-0.75的氢气，以及其余是氩及所带杂质构成。
5、根据权利要求4所述的气体混合物，其中，该气体混合物包括体积百分比大约为2的二氧化碳。
6、根据权利要求4所述的气体混合物，其中，该气体混合物包括体积百分比大约为0.5的氢气。
7、根据权利要求4所述的气体混合物，其中，该气体混合物包括体积百分比大约为2的二氧化碳和大约为0.5的氢气。
8、一种用于对镀锌钢板进行钎焊的金属惰性气体(MIG)钎焊方法，其包括以下的步骤：
(a)在可熔铜基合金焊丝电极和工件之间产生电弧；
(b)通过保护气体混合物对电弧进行保护，该保护气体混合物主要由体积百分比大约为0.5-4的二氧化碳、大约0.2-1的氢气，以及其余是氩及所带杂质构成；
(c)在保护气体保护下利用铜基合金焊丝对工件进行MIG钎焊，从而限制镀锌钢板的锌发生氧化并稳定电弧。
9、根据权利要求8所述的方法，其中，铜基合金选自AWS A5.7ERCuSi-A和重量百分比为97％Cu、0.2％Sn、0.2％Fe、0.8％Mn和1.3％Si的合金。
10、根据权利要求8所述的方法，其中，通过主要由体积百分比大约为1-3的二氧化碳、大约0.25-0.75的氢气，以及其余是氩及所带杂质构成的保护气体混合物来进行保护。
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