專利名稱：一種鋁-鋼連接塊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用放熱焊接制備連接塊的方法，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用常規(guī)工藝焊接異種金屬往往是不容易的，有的甚至不可能。然而用特種焊接技 術(shù)焊接異種金屬材料制作的過渡接頭，在某些情況下能夠輕而易舉地解決這個(gè)難題。使用 時(shí)，在這種過渡接頭的兩端分別用常規(guī)的焊接方法去焊接同種材料，從而使這兩種材料連 成一體。這類異種金屬的過渡接頭的妙用，其實(shí)質(zhì)就是變異種金屬的焊接為同種金屬的焊 接。它們?yōu)楹?jiǎn)單、迅速和有效地連接異種金屬材料提供了一個(gè)新思路。目前，在電解鋁行業(yè)中，鋁電解槽陰極鋁母線與陰極鋼棒是通過鋁-鋼爆炸焊接 頭連接起來的，但在實(shí)際使用過程中，鋁-鋼爆炸焊接頭經(jīng)常會(huì)發(fā)生脫落的現(xiàn)象。鋁-鋼爆 炸焊接頭是通過爆炸焊接工藝制備的。爆炸焊接原理是利用炸藥爆炸的能量，推動(dòng)焊件高 速撞擊另一焊件，產(chǎn)生巨大摩擦應(yīng)力，使界面實(shí)現(xiàn)焊接。焊接界面兩側(cè)金屬產(chǎn)生細(xì)微的塑性 變形，形成有規(guī)律的波浪式的相互嵌合，加大了原子間互相擴(kuò)散的面積，達(dá)到牢固的冶金結(jié) 合。爆炸焊接投資少，成本低，但是在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生噪聲和地震波，對(duì)工作場(chǎng)所附近的 環(huán)境和居民造成影響。同時(shí)爆炸加工露天作業(yè)受天氣影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種操作簡(jiǎn)單、噪音小的鋁-鋼連接頭的制 備方法。本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的由于鋁的熔點(diǎn)為660°C，鋼的熔點(diǎn)為1515°C，利用一次放 熱焊接鋁和鋼時(shí)，如果采用鋼的放熱焊接，由于鋁與鋼的熔點(diǎn)相差太大，放熱焊接時(shí)溫度過 高，很可能導(dǎo)致鋁的過分燒損；如果采用鋁的放熱焊接，由于鋁與鋼的熔點(diǎn)相差太大，放熱 焊接時(shí)溫度過低，很可能導(dǎo)致鋼無法熔化，無法達(dá)到冶金結(jié)合，導(dǎo)致焊接接頭強(qiáng)度很低，不 能滿足實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明巧妙的在制備鋁-鋼連接塊時(shí)，采用二次放熱焊接的方法。第一 次放熱焊接采用焊鋼的藥粉，即鋁和氧化銅，此反應(yīng)不僅可以將鋼板很好的焊接起來，而且 可以生成作為兩次放熱焊接的過渡物質(zhì)金屬銅。采用銅作為其過渡介質(zhì)的原因是銅的熔點(diǎn) 為1083°C，其熔點(diǎn)介于鋁和鋼熔點(diǎn)的之間，利用放熱焊接時(shí)，可以很有效的避免鋁的過燒或 者鋁和鋼熔合率低的問題。本發(fā)明的鋁-鋼連接塊的具體制備方法是
首先將待焊的鋁板和鋼板的表面清除干凈，取石墨板放置在鋁板和鋼板的中間且石墨 板與鋼板有一定的縫隙，焊接填充此縫隙，采用的藥粉由Al粉、CuCKCaF2組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù) 分別為A1粉20-40%，CuO 56-78%, CaF2 2_4% ；然后拆除中間的石墨擋板，凈化待焊的表面， 焊接填充與鋁板的縫隙，采用的藥粉由Al粉、CuO, SnO2, CaF2組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為A1 粉 20-40%，CuO 45-53%, SnO2 13-23%，CaF22-4% 上述方案中，作為一種優(yōu)選，兩次焊接所用的藥粉的粒徑是50-200目。
制備過程中，首先將待焊的鋁板和鋼板的表面清除干凈，去除雜質(zhì)，雜質(zhì)的存在會(huì) 嚴(yán)重影響焊接接頭的強(qiáng)度和焊縫的熔合率；雜質(zhì)處理干凈后，將石墨板放置在鋁板和鋼板 的中間且石墨板與鋼板有一定的縫隙，利用焊接銅與鋼的放熱焊接填充此縫隙，其石墨板 的作用不僅起著擋板的作用，更重要的是石墨板不吸收熱量，放熱焊接反應(yīng)放出的熱量完 全由鋼板吸收，其焊接效果將更好；拆除中間的石墨擋板，凈化待焊的表面，利用焊接鋁和 銅的放熱焊接將鋁板和填充金屬焊接；焊接結(jié)束后，最終得到鋁-鋼連接塊。第一次放熱焊接采用的藥粉由Al粉、CuO, CaF2組成，焊接反應(yīng)結(jié)束后，Al和CuO 充分反應(yīng)，最后焊縫中僅存在Al和Cu金屬，CaF2作為其造渣劑，最終與Al2O3生成二元復(fù)合 渣。第二次放熱焊接采用的藥粉由Al粉、Cu0、Sn02、CaF2組成，Al分別和CuO、Sr^2充分反 應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，還剩有一定量的Al粉，最后焊縫金屬是Al-Cu-Sn三元合金，CaF2作為其造 渣劑，最終與Al2O3生成二元復(fù)合渣。本發(fā)明的有益效果是采用本方法制備的鋁-鋼連接塊，工藝簡(jiǎn)單，成本低，所得 連接塊的焊接接頭達(dá)到了冶金結(jié)合，其強(qiáng)度高。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)該發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是放熱焊接前的待焊件的布置圖。圖2是鋼放熱焊接后的剖面圖。圖3是鋁-鋼連接塊。圖中1是鋁板，2是鋼板，3是石墨板，4是鋼板放熱焊接的焊縫，5是鋁板放熱焊接 的焊縫。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
在進(jìn)行放熱焊接前先按照?qǐng)D1將鋁板、鋼板、石墨板布置好，鋁板的厚度為12mm， 鋼板的厚度為40mm，鋁板與鋼板相隔15mm，石墨板與鋼板相隔9mm。第一次放熱焊接鋼板 采用的藥粉是Al，CuO, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為20 78 :2，第二次放熱焊接鋼板采用的藥 粉是Al，CuO, SnO2, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為20 53 23 :4。最終得到中間焊層為9mm銅 /6mm鋁銅錫合金的鋁-鋼連接塊。 實(shí)施例2
在進(jìn)行放熱焊接前先按照?qǐng)D1將鋁板、鋼板、石墨板布置好，鋁板的厚度為12mm， 鋼板的厚度為40mm，鋁板與鋼板相隔15mm，石墨板與鋼板相隔7mm。第一次放熱焊接鋼板采 用的藥粉是Al，CuO, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為40 56 :4，第二次放熱焊接鋼板采用的藥粉 是Al，CuO，SnO2, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為40 45 13 :2。放熱焊接結(jié)束后，顯微鏡下進(jìn)行 觀察，焊縫熔合率也較高。最終得到中間焊層為7mm銅/8mm鋁銅錫合金的鋁-鋼連接塊。 實(shí)施例3
在進(jìn)行放熱焊接前先按照?qǐng)D1將鋁板、鋼板、石墨板布置好，鋁板的厚度為12mm， 鋼板的厚度為40mm，鋁板與鋼板相隔15mm，石墨板與鋼板相隔9mm。第一次放熱焊接鋼板 采用的藥粉是Al，CuO, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為M 74 :2，第二次放熱焊接鋼板采用的藥粉是Al，CuO, SnO2, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為22 52 23 :3。最終得到中間焊層為9mm銅 /6mm鋁銅錫合金的鋁-鋼連接塊。 實(shí)施例4
在進(jìn)行放熱焊接前先按照?qǐng)D1將鋁板、鋼板、石墨板布置好，鋁板的厚度為12mm， 鋼板的厚度為40mm，鋁板與鋼板相隔15mm，石墨板與鋼板相隔9mm。第一次放熱焊接鋼板 采用的藥粉是Al，CuO, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為觀70 :2，第二次放熱焊接鋼板采用的藥 粉是Al，CuO, SnO2, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為24 50 23 :3。最終得到中間焊層為9mm銅 /6mm鋁銅錫合金的鋁-鋼連接塊。 實(shí)施例5
在進(jìn)行放熱焊接前先按照?qǐng)D1將鋁板、鋼板、石墨板布置好，鋁板的厚度為12mm， 鋼板的厚度為40mm，鋁板與鋼板相隔15mm，石墨板與鋼板相隔7mm。第一次放熱焊接鋼板 采用的藥粉是Al，CuO, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為36 60 :4，第二次放熱焊接鋼板采用的藥 粉是Al，CuO, SnO2, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為38 47 13 :2。最終得到中間焊層為7mm銅 /8mm鋁銅錫合金的鋁-鋼連接塊。
實(shí)施例6
在進(jìn)行放熱焊接前先按照?qǐng)D1將鋁板、鋼板、石墨板布置好，鋁板的厚度為12mm， 鋼板的厚度為40mm，鋁板與鋼板相隔15mm，石墨板與鋼板相隔7mm。第一次放熱焊接鋼板 采用的藥粉是Al，CuO, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為32 64 :4，第二次放熱焊接鋼板采用的藥 粉是Al，CuO, SnO2, CaF2,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例為36 49 12 :3。最終得到中間焊層為7mm銅 /8mm鋁銅錫合金的鋁-鋼連接塊。
權(quán)利要求
1.一種鋁-鋼連接塊的制備方法，其特征在于首先將待焊的鋁板和鋼板的表面清除 干凈，取石墨板放置在鋁板和鋼板的中間且石墨板與鋼板有一定的縫隙，焊接填充此縫隙， 采用的藥粉由Al粉、CuO, CaF2組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為=Al粉20-40%，CuO 56-78%, CaF2 2-4%;然后拆除中間的石墨擋板，凈化待焊的表面，焊接填充與鋁板的縫隙，采用的藥粉由 Al 粉、CuO, SnO2, CaF2 組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為A1 粉 20-40%, CuO 45-53%, SnO2 13-23%, CaF22-4%ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，兩次焊接所用的藥粉的粒徑是 50-200 目。
全文摘要
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁-鋼連接塊的制備方法。首先將待焊的鋁板和鋼板的表面清除干凈，取石墨板放置在鋁板和鋼板的中間且石墨板與鋼板有一定的縫隙，焊接填充此縫隙，采用的藥粉由Al粉、CuO、CaF2組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Al粉20-40%，CuO56-78%，CaF22-4%；然后拆除中間的石墨擋板，凈化待焊的表面，焊接填充與鋁板的縫隙，采用的藥粉由Al粉、CuO、SnO2、CaF2組成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Al粉20-40%，CuO45-53%，SnO213-23%，CaF22-4%。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，效率高，成本低，所得連接塊的接頭達(dá)到了冶金結(jié)合，強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)B23K23/00GK102079012SQ20101057558
公開日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者任正元, 張國棟, 張建強(qiáng) 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)