CN201205637Y - 铜焊结构 - Google Patents
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Abstract
具有两个组成部分(1、2)的铜焊结构，其中一个组成部分(2)由铝组成，而第二组成部分(1)由钢组成，其特征在于，所述两个组成部分(1、2)是借助于焊接添加料而加以铜焊的。
Description
技术领域
本发明涉及一种优选为焊丝形式的铝基的焊接添加料合金以及一种由根据本发明的焊接添加料合金制造焊丝的方法。本发明还涉及一种用于制造其中具有两个组成部分的铜焊结构的方法，其中第一组成部分由铝组成，而第二组成部分由钢组成，以及涉及一种具有两个组成部分的铜焊结构，其中一个组成部分由铝组成而第二组成部分由钢组成。
背景技术
在焊接时，通过将接缝加热至其熔化范围并通过添加具有与待连接的材料相同或通常几乎相同的熔化范围的同类型的焊接添加料而连接金属材料。然而此时产生的问题在于，形成两种具有不同化学和物理特性的金属材料的焊接连接。例如铝和钢在化学和物理特性方面存在巨大的差异，因为钢的熔点为1535℃，而铝的熔点则为660℃。此外，铁不溶于铝中，因而在铝与钢之间的焊接连接处出现金属间相(IMP)。该金属间相极脆，因而借助于公知的焊接添加料仅能在铝和钢之间产生不足的焊接连接的强度值。利用公知的焊接添加料，铝/钢焊接连接的耐腐蚀性也非常低。
铝基焊接添加料合金例如分别是AlSi 5或Al 99.8(高纯铝线)。除铝之外，AlSi 5合金具有下列以重量百分比计的组成：
Fe 0.6
Cu 0.3
Mg 0.2
Ti 0.15
Si 4.5-6
另一方面，高纯铝线，如Al 99.8，除铝之外还具有下列以重量百分比计的组成：
Fe 0.15
Cu 0.03
Mg 0.02
Ti 0.02
然而如上所述，采用这些标准线材会在铜焊铝和钢时形成明显的金属间相(IMP)，因而采用这些线材仅能在钢与铝之间形成(腐蚀)强度值不足的铜焊连接。
发明内容
本发明的目的在于，提供上述类型的焊接添加料合金，借助于该焊接添加料合金可以将两种具有不同化学和物理特性的金属材料，特别是铝和钢通过铜焊法相连接，其中铜焊连接与采用公知的焊接添加料合金的焊接连接相比具有提高的强度。此外，采用根据本发明的焊接添加料合金制造的铜焊连接还应具有提高的耐腐蚀性。还应提供上述类型的用于制造由本发明的焊接添加料合金组成的焊丝的方法，以及用于制造铜焊结构的方法和上述类型的包括该焊接添加料合金的焊接结构。
上述类型的焊接添加料合金的特征在于具有以重量百分比计的下列组成：
Si 1-5
Fe <0.1
Mn 0.5-1.5
Zr ≤0.01
Cr ≤0.01
Cu <0.03
Mg <0.01
Ti <0.005
Na、P、B之和<0.005
以及以重量百分比计的含量均为≤0.001的不可避免的质杂，而其余由铝组成。
上述焊接添加料合金的组成的特别的特征在于，存在所述最小含量的硅和锰。此外，与公知的焊接添加料合金相比，其余成分(特别是Fe、Mg)的含量相对较低，因而除了硅和锰部分以外还存在极纯的铝合金。试验表明，由此获得两种不同金属材料，特别是铝和钢的非常好的连接。特别是由于铁在铝中的不溶性造成的金属间相(IMP)的形成与采用公知的焊接添加料的铜焊连接相比是相对较低的。此外，在采用根据本发明的焊接添加料合金的试验中也获得了良好的耐腐蚀性。
若低于或超过根据本发明的焊接添加料合金的硅含量的极限值，则会发生金属间相(IMP)的舌形生长，导致焊接连接的机械性能的明显恶化。
根据本发明的锰含量还用于使两种待连接的材料之间的金属间相(IMP)的形成保持在相对较低的程度上。此外，锰含量还用于降低焊接添加料的晶间腐蚀的趋势。
实验表明，特别是在铝和钢的情况下，若Si含量为2至3.5，优选基本上为3，则两种金属材料之间的金属间相的形成特别低。
同样在实验中，若Mn含量为0.9至1.1，优选基本上为1，特别是在铜焊连接的耐腐蚀性方面能够获得最佳的强度值。
还可以进一步添加微量元素以提高焊丝组合物的晶粒细度和/或织构延展性。为此可以混合例如元素Zr、Na、Li、Be、P、Ka、Ca、Sr和/或Sb，可以将这些元素以单独或以组合的方式混入根据本发明的焊接添加料合金。
用于制造上述类型的焊丝的方法的特征在于，提供具有下列以重量百分比计的组成的物体：
Si 1-5
Fe <0.1
Mn 0.5-1.5
Zr ≤0.01
Cr ≤0.01
Cu <0.03
Mg <0.01
Ti <0.005
Na、P、B之和<0.005
以及以重量百分比计的含量均为≤0.001的不可避免的质杂，而其余由铝组成，以及拉伸由该合金组成的物体以制造焊丝。
基本上所有根据本发明方法制造的焊丝的优点已经来自于有关本发明的焊接添加料合金的上述优点，因而为了避免重复参照上述说明。
根据本发明的用于制造上述类型的铜焊结构的方法的特征在于，两个组成部分是借助于含有根据本发明的焊接添加料合金的焊接添加料而加以铜焊的。通过借助于含有本发明合金的焊接添加料将铝组成部分与钢组成部分焊接在一起，如前所述，与公知的焊接添加料相比，可以获得提高的强度值，特别是提高的耐腐蚀性数值。
上述类型的铜焊结构的特征在于，两个组成部分是借助于含有根据本发明的焊接添加料合金的焊接添加料而加以铜焊的。因此，第一次由铝组成部分和钢组成部分形成铜焊结构，其铜焊连接具有高强度以及高耐腐蚀性。在此，还具有来自于如上所述的其他优点。
附图说明
下面借助于附图中所示的优选的实施方案对本发明进行详细说明，但是不加以限制。其中：
图1所示为根据现有技术的钢材与铝材之间的焊接连接的截面照片，其中Al 99.5标准焊丝用作焊接添加料；以及
图2所示为钢材与铝材之间的铜焊连接的截面照片，其中在制造铜焊连接时使用具有根据本发明的焊接添加料合金的焊丝。
具体实施方式
图1所示为板厚为1mm的钢板(DC 04 AZE)1与板厚同样为1mm的铝板(AW 6016)2之间的焊接连接。在制造铜焊连接时，使用高纯度的铝标准焊丝(Al 99.5)。在此可以看出，焊接时形成清楚的厚度为10μm的金属间相3。因为该清楚的金属间相3导致钢材1与铝材2之间的脆的连接，所以该铜焊连接的强度值不足。
图2所示也是壁厚为1mm的钢板(DC 04 AZE)1与壁厚同样为1mm的铝板(AW 6016)2之间的铜焊连接，其中代替标准焊丝Al 99.5(参照图1)使用含有根据本发明的合金的焊丝。
从图2可以看出，在此金属间相3的形成明显更少，并且在所示的截面中仅具有2.41μm的厚度。因此，通过减少两种金属材料1、2之间的金属间相3，与公知的焊丝相比，可以获得的铝材与钢材之间的铜焊连接具有明显更高的强度值，特别是更高的耐腐蚀性数值。
为了测试钢板1与铝板2之间的铜焊连接的耐腐蚀性，按照DIN50021/SS实施所谓的盐喷雾试验，其中用含有氯化钠的雾喷射样品120小时。以此方式模拟试样的受潮，例如像冬季向车多路面上施加除冰的盐之后或者在海边出现的情况。
从以下的表1可以看出，在采用AlSi 5(AW 4043)标准焊丝的试验中，虽然获得了令人满意的静态强度值，但是该标准焊丝与根据本发明的焊丝相比具有更低的锰含量，因而该铜焊连接的耐腐蚀性不足。
表1
| 焊丝 | Rm[N/mm2] | Rm[N/mm2] |
| 无腐蚀 | 有腐蚀 | |
| AW 4043 | 148 | 83 |
| 根据本发明 | 165 | 161 |
总之，利用本发明的焊接添加料合金可以第一次制造诸如铝和钢的不同金属材料的铜焊连接，其具有令人满意的强度值以及令人满意的耐腐蚀性数值。
Claims (2)
1、具有两个组成部分(1、2)的铜焊结构，其中一个组成部分(2)由铝组成，而第二组成部分(1)由钢组成，其特征在于，所述两个组成部分(1、2)是借助于焊接添加料而加以铜焊的。
2、根据权利要求1所述的铜焊结构，其特征在于，所述两个组成部分(1、2)之间的金属间相(3)的厚度为2.41μm。
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