專利名稱：適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層tig熔-釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，具體說就是一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層 TIG熔-釬焊方法。
(二)
背景技術(shù)：
目前，對于特殊條件下工作的最新技術(shù)裝備首要任務(wù)是獲得鋁/鋼異種合金的優(yōu) 質(zhì)焊接接頭，然而，兩者之間固溶度很低、熱物理性能差異大，且極易反應(yīng)生成脆性的金屬 間化合物，嚴(yán)重惡化了接頭的力學(xué)性能，一直是焊接領(lǐng)域的難點(diǎn)問題。盡管采用熱壓焊、摩 擦焊、擴(kuò)散焊等固相連接方法能夠?qū)崿F(xiàn)鋁/鋼異種合金的優(yōu)質(zhì)連接，但是這些焊接方法設(shè) 備復(fù)雜，耗費(fèi)高，對工件尺寸及焊接場所有嚴(yán)格的限制，使其難以在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的 應(yīng)用。 近來，熔_釬焊方法成為鋁/鋼異種金屬連接的熱門研究方向，熔_釬焊要求焊接 電源能夠?qū)崿F(xiàn)熱輸入的嚴(yán)格控制，主要有三類焊接熱源滿足條件電弧熱、激光熱及電子束 熱，其中電弧焊是最為常用的焊接方法，如果能夠以電弧為熱源實(shí)現(xiàn)鋁及其合金與鋼異種 金屬的優(yōu)質(zhì)連接具有重要的意義。TIG熔_釬焊是以鎢極氬弧為熱源對鋁合金與不銹鋼工 件進(jìn)行加熱，同時通過連續(xù)送進(jìn)鋁基焊絲填充接頭，鋁合金處于熔化狀態(tài)，為熔焊結(jié)合，而 鋼母材不熔化，為釬焊結(jié)合，其實(shí)質(zhì)是熔化的鋁及焊絲與固態(tài)的鋼通過界面反應(yīng)結(jié)合在一 起的，焊接過程兼?zhèn)淙酆负外F焊的雙重特點(diǎn)。因此液態(tài)的鋁基釬料在固態(tài)的鋼表面的潤濕 鋪展對于實(shí)現(xiàn)鋁/鋼優(yōu)質(zhì)連接具有決定性的影響。 發(fā)明專利(申請?zhí)?00810209813. 6)研制出了 "一種適用于鋁合金與不銹鋼異種 金屬電弧熔-釬焊的釬劑"，這種釬劑能夠在電弧動態(tài)加熱條件下顯著促進(jìn)液態(tài)釬料在鋼表 面的潤濕鋪展，改善焊縫表面成形，然而，釬劑本身只是獲得良好的鋁/鋼電弧熔_釬焊接 頭的前提條件。這種釬劑必須配合特殊焊接方法及工藝措施，才能實(shí)現(xiàn)鋁/鋼異種合金電 弧熔-釬焊的可靠連接。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以TIG電弧為熱源，采用輔助涂層、接頭坡口設(shè)計(jì)及 焊接工藝技術(shù)的適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔-釬焊方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層 TIG熔-釬焊方法，方法步驟如下 步驟一 鋁與鋼板對接接頭開非對稱V形坡口，鋼側(cè)坡口角度為20 50° ，鋁側(cè) 坡口角度為0 30。； 步驟二 將鋁和鋼件坡口及上下表面進(jìn)行機(jī)械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去 除表面油污，然后在鋼件坡口及5 20mm范圍內(nèi)的上下表面涂敷輔助層，輔助涂層厚度為 0. 1 0. 5mm ^ 步驟三將工件固定在銅 鋼復(fù)合墊板上，墊板從中間線分開， 一半為紫銅， 一半為鋼，將鋼件定固在銅墊板上，將鋁件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬為5 15mm，厚 為0. 5 2. 0mm的成形槽； 步驟四接頭對接間隙為o 3. 0mm，電弧長度1 6mm，電弧加熱位置偏鋼側(cè)0 2mm 5 步驟五采用交流TIG焊機(jī)，氬氣保護(hù)，鎢極直徑為2. 0 5. Omm，鎢極端部呈半球 狀； 步驟六選用鋁基焊絲，焊絲直徑1. 0 3. Omm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽；
步驟七在焊接過程中，電弧熱首先使輔助涂層熔化，在鋼坡口表面形成液態(tài)薄 膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產(chǎn)生 熔化現(xiàn)象；焊絲迅速熔化，在輔助涂層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤濕鋪展；焊絲不斷送 進(jìn)并熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當(dāng)熱源移開時，釬料鋪展停止，最終獲得良好 的焊縫成形。
本發(fā)明還有以下技術(shù)特征 (1)所述的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；所述的鋼為不銹鋼、碳鋼、合金鋼；所 述的鋁及鋁合金與鋼件的厚度為小于5. Omm ;所述的焊絲為除鋁鎂焊絲之外的其它鋁基焊 絲，特別適用于鋁硅、鋁銅基焊絲。 (2)所述的輔助涂層成分及涂覆方法如下輔助涂層成分以KA1F4和K3A1F6為基 體，基體配比中適當(dāng)增加了 K3A1F6的含量，其質(zhì)量百分比偏離了 Nocolok釬劑中的共晶成 分(KAlF4+28% K3A1F6)點(diǎn)，具體組成為KA1F4+K3A1F6(30% -40% )加入一定量的Zn、Sn活 性金屬粉和K2SiF6界面活性劑，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、 K2ZrF6和SrF2。涂覆 方法為焊前將配置好的釬劑倒入容器中，用丙酮或無水乙醇調(diào)和成均勻的懸浮物狀溶液， 然后用細(xì)毛刷均勻地涂覆于清理干凈的不銹鋼表面，涂層厚度以蓋住不銹鋼底色為宜，在 0. 1-0. 5mm左右，待釬劑層晾干(或吹干)后即可進(jìn)行焊接。 本發(fā)明一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔-釬焊方法，在TIG電 弧加熱條件下，鋁母材發(fā)生熔化，為熔焊接頭，而鋼不發(fā)生熔化，在輔助涂層的作用下，液態(tài) 鋁基釬料在鋼表面潤濕鋪展充分，為釬焊接頭，同時輔助涂層在鋼表面具有較強(qiáng)的粘合力， 不易被電弧吹掉，焊接過程穩(wěn)定，獲得了成形良好的鋁/鋼異種合金TIG熔釬焊對接接頭。
(四)


圖1為本發(fā)明的鋁/鋼異種合金輔助涂層TIG熔-釬焊接過程示意圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1 :結(jié)合圖1 ，本發(fā)明一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔_釬 焊方法，方法步驟如下 步驟一 鋁與鋼板對接接頭開非對稱V形坡口，鋼側(cè)坡口角度為20 50° ，鋁側(cè) 坡口角度為0 30。； 步驟二將鋁和鋼件坡口及上下表面進(jìn)行機(jī)械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去 除表面油污，然后在鋼件坡口及5 20mm范圍內(nèi)的上下表面涂敷輔助層，輔助涂層厚度為
40. 1 0. 5mm j 步驟三將工件固定在銅 鋼復(fù)合墊板上，墊板從中間線分開， 一半為紫銅， 一半 為鋼，將鋼件定固在銅墊板上，將鋁件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬為5 15mm，厚 為0. 5 2. 0mm的成形槽； 步驟四接頭對接間隙為0 3. 0mm，電弧長度1 6mm，電弧加熱位置偏鋼側(cè)0 2mm 5 步驟五采用交流TIG焊機(jī)，氬氣保護(hù)，鎢極直徑為2. 0 5. Omm，鎢極端部呈半球 狀； 步驟六選用鋁基焊絲，焊絲直徑1. 0 3. Omm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽；
步驟七在焊接過程中，電弧熱首先使輔助涂層熔化，在鋼坡口表面形成液態(tài)薄 膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產(chǎn)生 熔化現(xiàn)象；焊絲迅速熔化，在輔助涂層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤濕鋪展；焊絲不斷送 進(jìn)并熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當(dāng)熱源移開時，釬料鋪展停止，最終獲得良好 的焊縫成形。
本發(fā)明還有以下技術(shù)特征 所述的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；所述的鋼為不銹鋼、碳鋼、合金鋼；所述的 鋁及鋁合金與鋼件的厚度為小于5. Omm ;所述的焊絲為除鋁鎂焊絲之外的其它鋁基焊絲， 特別適用于鋁硅、鋁銅基焊絲。 所述的輔助涂層成分及涂覆方法如下輔助涂層成分以KA1F4和K3A1F6為基體， 基體配比中適當(dāng)增加了 K3A1F6的含量，其質(zhì)量百分比偏離了 Nocolok釬劑中的共晶成分 (KAlF4+28% K3A1F6)點(diǎn)，具體組成為:KA1F4+K3A1F6 (30 % -40% )加入一定量的Zn、 Sn活 性金屬粉和K2SiF6界面活性劑，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、 K2ZrF6和SrF2。涂覆 方法為焊前將配置好的釬劑倒入容器中，用丙酮或無水乙醇調(diào)和成均勻的懸浮物狀溶液， 然后用細(xì)毛刷均勻地涂覆于清理干凈的不銹鋼表面，涂層厚度以蓋住不銹鋼底色為宜，在 0. 1-0. 5mm左右，待釬劑層晾干(或吹干)后即可進(jìn)行焊接。 實(shí)施例2 :5A06鋁合金與SUS321不銹鋼板3. Omm厚對接試件，其輔助涂層TIG 熔-釬焊接方法由以下步驟完成(l)不銹鋼板開坡口角度為45。，鋁合金板坡口角度為 30° ;(2)將鋁合金和不銹鋼件坡口及上下表面進(jìn)行機(jī)械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭 去除表面油污，然后在不銹鋼件坡口及15mm附近上下表面涂敷輔助層，輔助涂層厚度為
0. 3mm ;(3)將不銹鋼件定固在銅墊板上，將鋁合金件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬 為8mm，厚為0. 5的成形槽；(4)接頭對接間隙為2. Omm，電弧長度4. Omm，電弧加熱位置位置 偏鋼側(cè)lmm;(5)采用交流TIG焊機(jī)，氬氣保護(hù)，鎢極直徑為2. 4mm，鎢極端部呈半球狀；(6) 選用鋁硅焊絲，焊絲直徑2. Omm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽。通過本實(shí)施方式，焊接過 程穩(wěn)定，獲得了成形良好的鋁合金/不銹鋼TIG熔-釬焊對接接頭。 實(shí)施例3 :本實(shí)施方式在步驟(1) 、 (4) 、 (6)中，鋁板為純鋁或6A02鋁合金，鋼板為 低碳鋼，板厚為2.0mm，鋼板坡口角度為4(T ，鋁合金板坡口角度為20° ;接頭對接間隙為
1. 5mm，電弧長度3. Omm，電弧加熱位置位置偏鋼側(cè)0. 5mm ;選用鋁硅焊絲，焊絲直徑1. 2mm。
實(shí)施例4 :本實(shí)施方式在步驟(1) 、 (2) 、 (3)中，不銹鋼板坡口角度為30° ，鋁合金 板坡口角度為25。；將發(fā)明專利(申請?zhí)?00810209813. 6)中的釬劑用丙酮調(diào)和均勻，呈懸浮物狀，用細(xì)毛刷將懸浮物溶液均勻涂覆在不銹鋼件坡口及10mm附近上下表面，輔助涂 層厚度為0. 2mm;將工件固定在銅-鋼復(fù)合墊板上，墊板中間開一個寬為12隱，厚為1.0mm
的成形槽。 實(shí)施例5 :本實(shí)施方式在步驟(4) 、 (5) 、 (6)中，接頭對接間隙為3. 0mm，電弧長度 3. Omm，電弧加熱位置居中；采用方波交流TIG焊機(jī)，鎢極直徑為3. 2mm ;選用鋁銅焊絲，焊絲 直徑為2. 5mm。
權(quán)利要求
一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔-釬焊方法，其特征在于方法步驟如下步驟一鋁與鋼板對接接頭開非對稱V形坡口，鋼側(cè)坡口角度為20～50°，鋁側(cè)坡口角度為0～30°；步驟二將鋁和鋼件坡口及上下表面進(jìn)行機(jī)械打磨去除氧化膜，并用丙酮擦拭去除表面油污，然后在鋼件坡口及5～20mm范圍內(nèi)的上下表面涂敷輔助層，輔助涂層厚度為0.1～0.5mm；步驟三將工件固定在銅～鋼復(fù)合墊板上，墊板從中間線分開，一半為紫銅，一半為鋼，將鋼件定固在銅墊板上，將鋁件定固在鋼墊板上，墊板中間開一個寬為5～15mm，厚為0.5～2.0mm的成形槽；步驟四接頭對接間隙為0～3.0mm，電弧長度1～6mm，電弧加熱位置偏鋼側(cè)0～2mm；步驟五采用交流TIG焊機(jī)，氬氣保護(hù)，鎢極直徑為2.0～5.0mm，鎢極端部呈半球狀；步驟六選用鋁基焊絲，焊絲直徑1.0～3.0mm，焊絲送到坡口根部，貼近成形槽；步驟七在焊接過程中，電弧熱首先使輔助涂層熔化，在鋼坡口表面形成液態(tài)薄膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產(chǎn)生熔化現(xiàn)象；焊絲迅速熔化，在輔助涂層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤濕鋪展；焊絲不斷送進(jìn)并熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當(dāng)熱源移開時，釬料鋪展停止，最終獲得良好的焊縫成形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔-釬焊方法，其特征在于所述的鋁及鋁合金為所有鋁及其合金；所述的鋼為不銹鋼、碳鋼、合金鋼；所述的鋁及鋁合金與鋼件的厚度為小于5. Omm ;所述的焊絲為除鋁鎂焊絲之外的其它鋁基焊絲，特別適用于鋁硅、鋁銅基焊絲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔-釬焊方法，其特征在于所述的輔助涂層成分及涂覆方法如下輔助涂層成分以KAH^和K3A1F6為基體，基體配比中適當(dāng)增加了K3AlFe的含量，其質(zhì)量百分比偏離了Nocolok釬劑中的共晶成分(KAlF4+28% K3A1F6)點(diǎn)，具體組成為:KA1F4+K3A1F6(30% -40% )加入一定量的Zn、 Sn活性金屬粉和K2SiF6界面活性劑，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、 K2ZrF6和Sr&，涂覆方法為焊前將配置好的釬劑倒入容器中，用丙酮或無水乙醇調(diào)和成均勻的懸浮物狀溶液，然后用細(xì)毛刷均勻地涂覆于清理干凈的不銹鋼表面，涂層厚度以蓋住不銹鋼底色為宜，在0. 1 0. 5mm左右，待釬劑層晾干(或吹干)后即可進(jìn)行焊接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以TIG電弧為熱源，采用輔助涂層、接頭坡口設(shè)計(jì)及焊接工藝技術(shù)的適用于鋁/鋼異種合金對接的輔助涂層TIG熔-釬焊方法。在焊接過程中，電弧熱首先使輔助涂層熔化，在鋼坡口表面形成液態(tài)薄膜；TIG電弧罩在焊絲上，直接對焊絲和熔池加熱，而不直接對鋼板加熱，避免鋼表面產(chǎn)生熔化現(xiàn)象；焊絲迅速熔化，在輔助涂層的作用下，在鋼坡口表面迅速潤濕鋪展；焊絲不斷送進(jìn)并熔化，逐漸填滿焊縫；同時電弧勻速行走，當(dāng)熱源移開時，釬料鋪展停止。焊接過程穩(wěn)定，獲得了成形良好的鋁/鋼異種合金TIG熔釬焊對接接頭。
文檔編號B23K1/00GK101745709SQ20091007346
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者宋建嶺, 張東衛(wèi), 楊春利, 林三寶, 顧文軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)