專利名稱：鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在鋁合金基體上焊接鋼螺柱的焊接技術(shù)，特別是一種表面預(yù)鍍銅的鋼 螺柱在鋁母材上的焊接方法。
背景技術(shù)：
在汽車工業(yè)、船體船艙、石油化工、原子能、橋梁及其他領(lǐng)域中均有應(yīng)用鋼螺柱與 鋁母材的焊接。螺柱焊是將金屬螺柱或其他類似的緊固件焊至工件的方法。對(duì)于鋼螺柱焊 接到鋼母材上，傳統(tǒng)的電弧螺柱焊接工藝方法已經(jīng)非常的成熟。鑒于鋼鋁異種金屬材料焊 接的固有特點(diǎn)，將鋼螺柱焊接到鋁母材上不適宜采用電弧螺柱焊的方法。鋼鋁異種金屬的焊接作為焊接領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)問題雖然已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)成熟階 段，但是有效的焊接方法卻將熔焊排除在了焊接方法之外，即便如此焊接成型好，焊縫強(qiáng)度 大的焊接件的重現(xiàn)率仍然較低。將鋼螺柱焊接至鋁母材作為一種特殊的鋼鋁異種金屬的焊 接形式，主要采用熔釬焊的方法進(jìn)行焊接，焊接存在的主要問題有1.如何有效的去除鋁 母材表面的氧化膜并且防止其二次生成，由于鋁合金屬于很活潑的金屬，即使焊前經(jīng)過化 學(xué)清洗，表面也會(huì)生成一層致密的氧化膜。在焊接過程中，氧化膜不能得到及時(shí)破碎，熔池 凝固后氧化膜在螺柱與母材之間形成阻隔，嚴(yán)重影響接頭強(qiáng)度。另外，在焊接過程中容易產(chǎn) 生二次氧化，在接頭中產(chǎn)生氧化夾雜、氣孔等缺陷；2.如何使融化的鋁液能夠很好地浸潤(rùn) 鋼螺柱的表面，這能夠使得鋁液與螺柱更大面積的冶金結(jié)合；3.如何將鋼鋁在焊接過程生 成的金屬間化合物層的厚度控制在一個(gè)小范圍內(nèi)，實(shí)踐證明當(dāng)金屬間化合物層的厚度在十 微米以下的時(shí)候，接頭的力學(xué)性能是可觀的。目前將鋼螺柱焊至鋁母材的主要方法TIG/MIG 電弧釬焊由于設(shè)備原因?qū)е履承┬螤畹暮附蛹附与y于實(shí)施并且焊縫的質(zhì)量也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種使鋼螺柱與鋁母材熔合率高、結(jié)合強(qiáng)度達(dá) 鋁母材強(qiáng)度70%以上的Al-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，包 括以下步驟步驟1、將鋼螺柱加工成平底無螺帽式樣并對(duì)其一端浸鍍銅；步驟2、對(duì)鋁母材表面及釬料進(jìn)行化學(xué)清洗；步驟3、將鋁母材表面及釬料用酒精清洗，快速吹干，在母材表面涂覆一層釬焊保 護(hù)劑；步驟4、將鋁母材水平放置，將鋼螺柱的鍍銅端垂直放置在鋁母材上并對(duì)其施加垂 直向下的壓力，之后在二者接觸面上填充充足的清洗后的釬料；步驟5、在鋼螺柱的鍍銅端與鋁母材的接觸位置上放置與螺柱配套的陶瓷環(huán)，并在 陶瓷環(huán)內(nèi)填充釬料；步驟6、將感應(yīng)加熱線圈套在螺柱焊接端，并對(duì)其加熱，完成焊接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1)能夠獲得更好的焊縫質(zhì)量；幻操作簡(jiǎn)單， 效率明顯提高；3)易于實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化；4)可實(shí)現(xiàn)中小直徑的鋼螺柱與鋁母材的焊接，對(duì) 板厚適用范圍廣，實(shí)現(xiàn)鋼螺柱與鋁母材間無氧化夾雜、未焊透、未熔合等缺陷的優(yōu)質(zhì)焊接接 頭。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法的流程圖。圖2是鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)所代表的器件為1一釬料與釬劑；2—感應(yīng)線圈；3—螺柱；4一壓力裝 置；5—陶瓷環(huán)；6—鋁母材。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明的一種鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，包括以下步驟步驟1、將鋼螺柱加工成平底無螺帽式樣并對(duì)其一端浸鍍銅；步驟2、對(duì)鋁母材6表面及釬料進(jìn)行化學(xué)清洗；所述的釬料成分為10%的Si， 0. 5% 的鐵，0. 的 Cu，0. 3% 的 Ζη，0. 1%&Μη，0. 的 La，小于 0. 的 Mg，其余為 Al。 進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí)包括以下步驟首先用NaOH溶液浸蝕鋁母材表面和釬料，之后用硝酸和氫 氟酸的混合液浸蝕鋁母材表面和釬料。所用的NaOH溶液濃度為8% 11%，對(duì)鋁母材表面 浸蝕的時(shí)間為8 12min，對(duì)釬料浸蝕的時(shí)間為4 6min上述浸蝕的溫度為40 60°C;所 述硝酸和氫氟酸的混合液中硝酸溶液的濃度為58 64%，氫氟酸溶液濃度為46 55%， 硝酸溶液與氫氟酸溶液的體積比為03 1) 05 1)，用硝酸和氫氟酸的混合液清洗鋁 母材的時(shí)間為5 7min，清洗釬料的時(shí)間為3 ^iin。步驟3、將鋁母材表面及釬料用酒精清洗，快速吹干，在母材表面涂覆一層釬焊保 護(hù)劑；所述的釬焊保護(hù)劑為氟化物釬劑K3AIF6-K3AIF4。步驟4、將鋁母材水平放置，將鋼螺柱3的鍍銅端垂直放置在鋁母材上并對(duì)其施加 垂直向下的壓力，之后在二者接觸面上填充充足的清洗后的釬料1 ；向下的壓力是通過壓 力裝置4施加的。步驟5、在鋼螺柱的鍍銅端與鋁母材的接觸位置上放置與螺柱配套的陶瓷環(huán)5，并 在陶瓷環(huán)內(nèi)填充釬料；步驟6、將感應(yīng)加熱線圈2套在螺柱焊接端，并對(duì)其加熱，完成焊接。簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的方法包括的下屬步驟步驟1 在焊前用NaOH溶液清洗母材表面及釬料；步驟2 用硝酸和氫氟酸的混合 液浸蝕鋁母材表面及釬料；步驟3 將鋁母材表面用酒精清洗，快速吹干，在母材表面涂覆 一層氟化物釬劑K3AlF6-K3AlF4 ；步驟4 用夾具將鍍有銅的鋼螺柱固定在鋁母材的表面并且 在螺柱的焊接端套上一個(gè)和螺柱配套的陶瓷環(huán)，在陶瓷環(huán)和鋁母材之間添加適量的自制釬 料(具體配方為:10% Si，0. 5% 的鐵，0. 的 Cu，0. 3% 的 Ζη,Ο. 的 Μη，0· 的 La, 小于0. 1 %的Mg，其余為Al)；步驟5 調(diào)節(jié)感應(yīng)發(fā)生器，使電源輸出阻抗大約等于線圈的輸 入阻抗，實(shí)現(xiàn)最適合的能量轉(zhuǎn)換，將高頻感應(yīng)加熱裝置加熱鋼螺柱的焊接端，從而使釬料和鋁母材表面的一部分熔化，當(dāng)溫度到達(dá)590°C 600°C時(shí)，氟化物釬劑K3AlF6-K3AlF4變成流 體并具有活性，分解了殘余的氧化物，加熱適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，將裝置置于空氣中自然冷卻。該 專利可實(shí)現(xiàn)鋼螺柱和鋁母材的冶金結(jié)合。本發(fā)明將鋼螺柱加工成平底無螺帽式樣，焊前將鋼螺柱前部進(jìn)行浸鍍銅工藝，從 而增大鋼螺柱在鋁液中的潤(rùn)濕程度，并且在焊接過程中能夠起到抑制鋼鋁金屬間化合物生 長(zhǎng)的作用。感應(yīng)加熱線圈加熱鋼螺柱端部，使鋼螺柱端部溫度迅速升高，螺柱將熱量傳遞 給母材和周圍的釬料，使母材表面的一部分和釬料熔化，形成熔池，冷卻后凝固形成焊接接 頭。采用陶瓷環(huán)對(duì)焊接的螺柱接頭進(jìn)行保護(hù)，一定程度上保護(hù)焊接過程熔池，同時(shí)有利于得 到美觀的焊接接頭和強(qiáng)化接頭。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例一結(jié)合圖1和圖2，以直徑為16mm，高為48mm的鍍銅鋼螺柱為例。首先在焊前對(duì) 鋁母材表面和釬料進(jìn)行化學(xué)清洗，具體的清洗工藝為用濃度為8%的NaOH溶液浸蝕鋁母 材表面lOmin，釬料5min，溶液溫度為40°C，此后用硝酸和氫氟酸的混合液浸蝕鋁母材表 面5min，釬料;3min (混合液的配比為濃度58 %的硝酸溶液10L，濃度46 %的氫氟酸溶液 0.3L)。最后將鋁母材表面用酒精清洗，快速吹干，此后在母材表面涂覆一層氟化物釬劑 K3AlF6-K3AlF4，用夾具將鍍有銅的鋼螺柱固定在鋁母材的表面并且在螺柱的焊接端套上一 個(gè)和螺柱配套的陶瓷環(huán)，在陶瓷環(huán)和鋁母材之間添加適量的自制釬料，將高頻感應(yīng)加熱裝 置加熱鋼螺柱的焊接端，在感應(yīng)加熱過程中，對(duì)鋼螺柱實(shí)施一個(gè)豎直向下的適度大小的壓 力，這樣有利于在鋁母材上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)娜凵?，從而加?qiáng)焊接接頭的強(qiáng)度，鋁母材和釬料熔化 適當(dāng)時(shí)間后，關(guān)閉感應(yīng)加熱裝置的電源，使熔池冷卻凝固。實(shí)施例二結(jié)合圖1和圖2，以直徑為27mm，高為52mm的鍍銅鋼螺柱為例。首先在焊前對(duì) 鋁母材表面和釬料進(jìn)行化學(xué)清洗，具體的清洗工藝為用濃度為10%的NaOH溶液浸蝕鋁 母材表面lOmin，釬料5min，溶液溫度為50°C，此后用硝酸和氫氟酸的混合液浸蝕鋁母材 表面6min，釬料3min (混合液的配比為濃度61%的硝酸溶液10L，濃度50%的氫氟酸溶 液0.3L)。最后將鋁母材表面用酒精清洗，快速吹干，此后在母材表面涂覆一層氟化物釬劑 K3AlF6-K3AlF4，用夾具將鍍有銅的鋼螺柱固定在鋁母材的表面并且在螺柱的焊接端套上一 個(gè)和螺柱配套的陶瓷環(huán)，在陶瓷環(huán)和鋁母材之間添加適量的自制釬料，將高頻感應(yīng)加熱裝 置加熱鋼螺柱的焊接端，在感應(yīng)加熱過程中，對(duì)鋼螺柱實(shí)施一個(gè)豎直向下的適度大小的壓 力，這樣有利于在鋁母材上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)娜凵?，從而加?qiáng)焊接接頭的強(qiáng)度，鋁母材和釬料熔化 適當(dāng)時(shí)間后，關(guān)閉感應(yīng)加熱裝置的電源，使熔池冷卻凝固。實(shí)施例三結(jié)合圖1和圖2，以直徑為30mm，高為52mm的鍍銅鋼螺柱為例。首先在焊前對(duì)鋁 母材表面和釬料進(jìn)行化學(xué)清洗，具體的清洗工藝為用濃度為11%的NaOH溶液浸蝕鋁母 材表面12min，釬料6min，溶液溫度為60°C，此后用硝酸和氫氟酸的混合液浸蝕鋁母材表 面7min，釬料^iin (混合液的配比為濃度64%的硝酸溶液10L，濃度55%的氫氟酸溶液 0. 3L).清洗完吹干后，此后在母材表面涂覆一層氟化物釬劑K3AlF6-K3AlF4,用夾具將鍍有 銅的鋼螺柱固定在鋁母材的表面并且在螺柱的焊接端套上一個(gè)和螺柱配套的陶瓷環(huán)，在陶瓷環(huán)和鋁母材之間添加適量的自制釬料，將高頻感應(yīng)加熱裝置加熱鋼螺柱的焊接端，隨著 螺柱直徑的增加需要增加感應(yīng)加熱時(shí)間，因此加熱時(shí)間需要比例一中的情況時(shí)間長(zhǎng)，一味 通過增加感應(yīng)加熱裝置的功率并不可取，因?yàn)楫?dāng)感應(yīng)加熱裝置功率較大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的 熱輸入量變大，從而使熔池溫度過高，而鋼鋁金屬間化合物的擴(kuò)散生長(zhǎng)速度與溫度呈指數(shù) 函數(shù)關(guān)系，所以溫度對(duì)金屬間化合物層厚度的影響遠(yuǎn)大于時(shí)間的影響。在感應(yīng)加熱過程中， 對(duì)鋼螺柱實(shí)施一個(gè)豎直向下的適度大小的壓力，這樣有利于在鋁母材上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)娜凵睿?從而加強(qiáng)焊接接頭的強(qiáng)度，鋁母材和釬料熔化適當(dāng)時(shí)間后，關(guān)閉感應(yīng)加熱裝置的電源，使熔 池冷卻凝固。
權(quán)利要求
1.一種鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、將鋼螺柱加工成平底無螺帽式樣并對(duì)其一端浸鍍銅；步驟2、對(duì)鋁母材表面及釬料進(jìn)行化學(xué)清洗；步驟3、將鋁母材表面及釬料用酒精清洗，快速吹干，在母材表面涂覆一層釬焊保護(hù)劑；步驟4、將鋁母材水平放置，將鋼螺柱的鍍銅端垂直放置在鋁母材上并對(duì)其施加垂直向 下的壓力，之后在二者接觸面上填充充足的清洗后的釬料；步驟5、在鋼螺柱的鍍銅端與鋁母材的接觸位置上放置與螺柱配套的陶瓷環(huán)，并在陶瓷 環(huán)內(nèi)填充釬料；步驟6、將感應(yīng)加熱線圈套在螺柱焊接端，并對(duì)其加熱，完成焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，其特征在于，步驟2所述 的釬料成分為10%的Si，0. 5%的鐵，0. 的Cu，0. 3%的Ζη，0. 的Μη，0. 的La，小于 0. 的Mg，其余為Al。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，其特征在于，步驟2進(jìn)行 化學(xué)清洗時(shí)包括以下步驟首先用NaOH溶液浸蝕鋁母材表面和釬料，之后用硝酸和氫氟酸 的混合液浸蝕鋁母材表面和釬料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，其特征在于，步驟2中 所用的NaOH溶液濃度為8 0Z0 11%，對(duì)鋁母材表面浸蝕的時(shí)間為8 12min，對(duì)釬料浸蝕 的時(shí)間為4 6min上述浸蝕的溫度為40 60°C ；所述硝酸和氫氟酸的混合液中硝酸溶 液的濃度為58 64%，氫氟酸溶液濃度為46 55%，硝酸溶液與氫氟酸溶液的體積比為 (23 1) 05 1)，用硝酸和氫氟酸的混合液清洗鋁母材的時(shí)間為5 7min，清洗釬料 的時(shí)間為3 4min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，其特征在于，步驟3所述 的釬焊保護(hù)劑為氟化物釬劑K3AlF6-K3AlF4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁-鋼螺柱預(yù)鍍銅感應(yīng)熔釬焊方法，包括以下步驟步驟1、將鋼螺柱加工成平底無螺帽式樣并對(duì)其一端浸鍍銅；步驟2、對(duì)鋁母材表面及釬料進(jìn)行化學(xué)清洗；步驟3、將鋁母材表面及釬料用酒精清洗，快速吹干，在母材表面涂覆一層釬焊保護(hù)劑；步驟4、將鋁母材水平放置，將鋼螺柱的鍍銅端垂直放置在鋁母材上并對(duì)其施加垂直向下的壓力，之后在二者接觸面上填充充足的清洗后的釬料；步驟5、在鋼螺柱的鍍銅端與鋁母材的接觸位置上放置與螺柱配套的陶瓷環(huán)，并在陶瓷環(huán)內(nèi)填充釬料；步驟6、將感應(yīng)加熱線圈套在螺柱焊接端，并對(duì)其加熱，完成焊接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)中小直徑的鋼螺柱與鋁母材的焊接，對(duì)板厚適用范圍廣。
文檔編號(hào)B23K103/18GK102114561SQ20091026415
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者張德庫, 王克鴻, 金曉 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)