專利名稱：一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工及制造工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到鋁與無鍍層鋼之間異種材料的焊接技術(shù)，特別涉及到鋁與無鍍層鋼的藥芯焊絲氣體保護(hù)焊。
背景技術(shù)：
目前，鋁和鋼的直接焊接技術(shù)中應(yīng)用較多的是爆炸焊、摩擦焊、釬焊等方法?；蛘?， 先在鋼表面鍍上一層鋅、鋁等過渡層金屬，然后將鋁與鍍層鋼進(jìn)行焊接。爆炸焊和摩擦焊對(duì) 焊接接頭型式有特殊要求，只能焊接一定形狀的工件[文獻(xiàn)1-2]。鋁和鋼釬焊時(shí)，一般先在 鋼表面涂上一層釬劑，然后使用釬料進(jìn)行爐中釬焊或者電弧熔釬焊進(jìn)行焊接，這種操作過 程會(huì)影響到焊接生產(chǎn)效率[文獻(xiàn)3，文獻(xiàn)4-6]。如果在鋼表面鍍過渡層金屬，又增加了生產(chǎn) 工序和成本[文獻(xiàn)7]。由于焊接鋁_鋼系列合金制品有一定的困難，所以現(xiàn)行對(duì)鋁_鋼系列合金制品的 連接大多數(shù)是采用爆炸焊、摩擦焊等固相連接方法。但是連接工藝復(fù)雜，成本高，能源消耗 大。而采用藥芯焊絲直接焊接鋁和鋼，可以將釬焊和弧焊結(jié)合在一起。文獻(xiàn)[8]和文 獻(xiàn)[9]采用鋁合金藥芯焊絲對(duì)鋁和鋼進(jìn)行了熔化極氣體保護(hù)(MIG)焊。其中文獻(xiàn)[8]采用 鋁-硅藥芯焊絲所得到的焊接接頭拉伸強(qiáng)度達(dá)到鋁合金母材拉伸強(qiáng)度的70%。以下是在本專利申請(qǐng)說明書中涉及到的專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)列表。[1]王建民，朱錫，劉潤(rùn)泉，爆炸焊接工藝對(duì)鋁-鋼復(fù)合板界面性能的影響，武漢理 工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29，7 103-105.[2]S. Fukumoto, H. Tsubakino, K. Okita, etc. Friction welding process of 5052aluminium alloy to 304 stainless steel. Materials Science and Technology, 1999，15 1080-1086.[3] Shuying LIU, Akio SUZUMURA, Toshi-Taka IKESH0JI, etc. Brazing ofstainless steel to various aluminum alloys in air. JSME International Journal A, 2005，48 (4)420-425.[4]鋁鋼異種金屬預(yù)涂層連接方法，中國專利(CN101259563)，2008.[5] 一種適用于鋁合金/不銹鋼異種金屬電弧熔-釬焊的釬劑，中國專利 (CN101434014) ,2008.[6] 一種用于聯(lián)接鋼管與鋁筋條的方法，中國專利(CN1255240C)，2006.[7]Ozlem Esma Gungor, Christoph Gerritsen.Effect of filler wire composition andmetallic coating on the joint performance of aluminium/steel braze-welds. Welding and Cutting，2008，7(5)303-312.[8] T. Murakami, K. Nakata, H. Tong, M. Ushio. Dissimilar metal joining ofaluminum to steel by MIG arc brazing using flux cored wire. ISIJ Int.,2003, 43(10) 1596-1602.
[9]不同材料接合用藥芯焊絲及不同材料接合方法，中國專利(CN101378873A)， 2009.根據(jù)以上的文獻(xiàn)檢索，沒有查到采用本專利申請(qǐng)書中所述方法焊接鋁和鋼的公開 技術(shù)和文獻(xiàn)資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在進(jìn)行鋁和鋼異種材料之間的焊接時(shí)，不需在鋼表 面鍍上過渡層金屬或在鋼表面預(yù)先涂敷釬劑，也使鋁與鋼之間的焊接不受接頭型式的限 制，能夠?qū)⑸a(chǎn)效率高、應(yīng)用廣泛的氣體保護(hù)焊技術(shù)應(yīng)用于鋁和無鍍層鋼的焊接上，提供一 種實(shí)現(xiàn)鋁和無鍍層鋼之間高強(qiáng)度高效連接的焊接方法，從而減少鋁和鋼焊接生產(chǎn)時(shí)的制造 工序和成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是在焊接鋁和無鍍層鋼時(shí)，使用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊；施焊 前，鋼表面不需涂敷釬劑，也不需鍍上過渡層金屬；使用鎢極氣體保護(hù)焊(TIG焊)或熔化 極氣體保護(hù)焊(MIG焊)的方法進(jìn)行焊接，使用焊絲是鋅基合金藥芯焊絲所采用的焊絲為鋅 鋁合金藥芯焊絲。使用焊絲是在鋅基合金材外皮內(nèi)部填充焊劑而成的藥芯焊絲，使用的鋅 基合金藥芯焊絲中鋁的質(zhì)量百分比是0. 1 30% ；使用的鋅基合金藥芯焊絲中焊劑是四氟 化銫鋁，其質(zhì)量百分比是10 20%。采用MIG焊時(shí)，藥芯焊絲作為電極，在電弧熱作用下， 被焊的鋁或鋁合金母材接頭熔化，與藥芯焊絲一起形成最終焊縫，而鋼不熔化。采用TIG焊 時(shí)，藥芯焊絲作為不帶電的填充金屬，在電弧作用下熔化，與熔化的鋁或鋁合金母材形成最 終焊縫，鋼不熔化。1.實(shí)現(xiàn)鋁-無鍍層鋼TIG焊的具體工藝步驟(1)清理工件的待焊部位采用丙酮去除工件表面油脂，不銹鋼鋼絲刷清除工件 待焊表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作臺(tái)的夾具上；(3)選擇好適當(dāng)?shù)墓に囈?guī)范，將氬弧焊槍鎢極端部對(duì)準(zhǔn)焊縫中心，啟動(dòng)焊接開關(guān)， 起弧，電弧穩(wěn)定建立后，從電弧前端送入鋅基藥芯焊絲，焊槍開始移動(dòng)；(4)收弧和停焊施焊到工件末端，關(guān)掉焊接開關(guān)，焊接過程結(jié)束。2.實(shí)現(xiàn)鋁_無鍍層鋼MIG焊的具體工藝步驟(1)清理工件的待焊部位采用丙酮去除工件表面油脂，不銹鋼鋼絲刷清除工件 待焊表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作臺(tái)的夾具上；(3)選擇好適當(dāng)?shù)墓に囈?guī)范，將藥芯焊絲端部對(duì)準(zhǔn)焊縫中心，啟動(dòng)焊接開關(guān)，起弧， 焊槍開始移動(dòng)；(4)收弧和停焊施焊到工件末端，關(guān)掉焊接開關(guān)，焊接過程結(jié)束。本發(fā)明的效果和益處是鋁與無鍍層鋼之間的焊接工藝克服了異種金屬熔點(diǎn)和熱 膨脹系數(shù)差異大、不易實(shí)現(xiàn)電弧焊連接的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了鋁及鋁合金與鐵基金屬之間的 異種金屬焊接。焊縫表面質(zhì)量好，接頭強(qiáng)度高，接頭拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到鋁合金母材水平。其 焊接工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，節(jié)省能耗，減少了鋁和鋼焊接生產(chǎn)時(shí)的制造工序和成本。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。實(shí)施例1.鋁與無鍍層鋼異種材料的TIG焊
所采用的鋁合金為2mm厚的5A02鋁合金板，無鍍層鋼為1. 5mm厚的304不銹鋼板， 焊接方法采用鎢極惰性氣體保護(hù)(TIG)焊，焊絲為含鋁量為15% (質(zhì)量百分比)的鋅基藥 芯焊絲。其焊接工藝步驟如下(1)施焊前，用丙酮去除工件表面油污，用不銹鋼絲刷去除待焊工件表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作臺(tái)的夾具上，接頭采用搭接形式，鋁板在上，不銹鋼在 下，搭接寬度為18mm;(3)所用鎢極直徑為3. 2mm，鎢極尖端夾角30°，焊接電流40A，氬氣流量12L/ min ；(4)將鎢極端部對(duì)準(zhǔn)搭接部位鋁合金邊緣，焊槍前傾10° 15°，電弧高度為 5mm ；(5)啟動(dòng)焊接開關(guān)，電弧穩(wěn)定建立后，從電弧前端平穩(wěn)地往熔池中填加鋅基藥芯焊 絲；(6)以60mm/min的焊接速度，施焊到工件末端，關(guān)掉焊接開關(guān)，焊接過程結(jié)束。實(shí)施例2.鋁與無鍍層鋼異種材料MIG焊(1)施焊前，用丙酮去除工件表面油污，用不銹鋼絲刷去除待焊工件表面氧化膜；(2)將待焊工件裝夾在工作臺(tái)的夾具上，接頭采用搭接形式，鋁板在上，不銹鋼在 下，搭接寬度為18mm，所用藥芯焊絲直徑為1.6mm;(3)焊接電流20 80A，焊接電壓5 26V，氬氣流量12L/min，焊槍前傾10° 15° ；(4)將藥芯焊絲端部對(duì)準(zhǔn)搭接部位鋁合金邊緣，啟動(dòng)焊接開關(guān)，焊接過程開始；(5)以30 90mm/min的行走速度，施焊到工件末端，關(guān)掉焊接開關(guān)，焊接過程結(jié)
束ο經(jīng)采用實(shí)施例1和實(shí)施例2中所述方法焊接的鋁_鋼異種金屬焊接接頭均勻美 觀，所制鋁-鋼異種金屬焊接接頭的拉伸強(qiáng)度達(dá)到鋁合金母材拉伸強(qiáng)度的80%以上。
權(quán)利要求
一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法，其特征在于在焊接鋁和無鍍層鋼時(shí)，使用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊；施焊前，鋼表面不需涂敷釬劑，也不需鍍上過渡層金屬；使用鎢極氣體保護(hù)焊或熔化極氣體保護(hù)焊的方法進(jìn)行焊接，使用焊絲是鋅基合金藥芯焊絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法，其特征在于使用焊絲 是在鋅基合金材外皮內(nèi)部填充焊劑而成的藥芯焊絲，使用的鋅基合金藥芯焊絲中鋁的質(zhì) 量百分比是0. 1 30% ；使用的鋅基合金藥芯焊絲中焊劑是四氟化銫鋁，其質(zhì)量百分比是 10 20%。
全文摘要
一種直接焊接鋁和無鍍層鋼的方法，屬于材料加工及制造工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征是在進(jìn)行鋁和鋼異種金屬之間的焊接時(shí)，不需在鋼表面鍍過渡層金屬或預(yù)先涂敷釬劑，采用鎢極氣體保護(hù)焊或熔化極氣體保護(hù)焊工藝，所用焊絲為鋅基合金材內(nèi)部填充焊劑的藥芯焊絲，該焊絲中鋁的質(zhì)量百分比是0.1～30％，填充焊劑是四氟化銫鋁，其質(zhì)量百分比是10～20％，能實(shí)現(xiàn)鋁及鋁合金與無鍍層鋼的直接焊接。本發(fā)明的效果和益處是所制鋁-鋼異種金屬接頭的拉伸強(qiáng)度達(dá)到鋁合金母材拉伸強(qiáng)度的80％以上，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省能耗，減少制造工序和成本，可廣泛用于鋁及鋁合金與無鍍層鋼和鑄鐵等鐵基材料之間異種金屬制品的焊接。
文檔編號(hào)B23K9/23GK101804499SQ20101010815
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者楊麗群, 董紅剛, 董闖 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)