一種鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁/鋼異種材料焊接用藥芯焊絲，具體 地說是一種適合鋁/鋼異種材料熔釬焊用的自釬劑藥芯焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)可以綜合鋁和鋼兩種材料自身優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的重要組成 部分，如汽車、高速列車及石油化工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。然而，鋁/鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中會(huì)出 現(xiàn)很多問題。鋁與鋼物理性能之間的差異，使焊接接頭中存在較大應(yīng)力；接頭中存在較多 Fe-Al金屬間化合物，降低接頭力學(xué)性能；焊接接頭易出現(xiàn)氣孔和裂紋等缺陷。因此，為了 獲得高性能的鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)，我們必須開發(fā)新的焊接工藝及焊接材料。
[0003] 目前，鋁/鋼異種材料連接技術(shù)研宄，主要集中在新型焊接技術(shù)及焊接材料兩 方面。鋁/鋼熔焊方法主要包括激光熔釬焊、電子束焊及電弧熔釬焊等。專利申請(qǐng)?zhí)?CN102430871B公開了一種鋁/鋼激光熔釬焊方法；專利申請(qǐng)?zhí)朇N 101745709A則公開了適 合于鋁/鋼異種合金對(duì)接的輔助涂層TIG熔釬焊方法；專利申請(qǐng)?zhí)朇N 102974925A公開一 種通過TIG電弧協(xié)同加熱優(yōu)化鋁/鋼MIG釬焊接頭方法。
[0004] 鋁/鋼連接時(shí)所用的焊接材料主要包括實(shí)芯焊絲、藥芯焊絲以及釬劑。商業(yè)化 應(yīng)用的ER4043和4047A1-Si系焊絲配合釬劑使用可以獲得較好的接頭，但實(shí)心焊絲缺 乏適用性，無法根據(jù)實(shí)際需要添加合金元素；專利申請(qǐng)?zhí)朇N102430871B、CN101219508A、 CN101378873B、CN103612032A、CN103612026A、CN103521943A 及 EP1997579A1 均提出一種藥 芯鋁焊絲，焊絲外層金屬皮為不同成分的鋁合金，藥芯成分由釬劑組成，如氟化物或氟鋁酸 鹽，沒有體現(xiàn)藥芯焊絲的靈活性；CN202963800U公開了一種金屬顆粒增強(qiáng)藥芯鋁焊絲，焊 絲外層金屬皮為鋁硅合金，芯部藥粉由不同的合金粉組成，用于較薄鋁合金焊接，但是合金 粉的制作工藝復(fù)雜，制作過程容易摻雜雜質(zhì)，同時(shí)，這種合金粉也缺乏靈活性，無法根據(jù)需 要添加元素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種配方合理， 制作簡(jiǎn)單，成本低廉，通過釬劑促進(jìn)潤(rùn)濕，依靠藥芯中金屬粉及合金粉的合金化作用，實(shí)現(xiàn) 鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的高效化焊接的鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥 芯焊絲，包括外層金屬皮和內(nèi)部藥芯，其特征在于外層金屬皮為鋁硅合金帶，內(nèi)部藥芯由鋁 硅合金粉、錫粉、鈦粉、鎳粉、鋅粉、銀粉、稀土、氟鋁酸鹽組成，各組成成分的質(zhì)量百分比為： 鋁硅合金粉5-30%，錫粉5-10%，鈦粉0. 5-10%，稀土 0. 5-2%，鋅粉3-10%，鎳粉0. 5-5%，銀粉 5-15%，余量為氟鋁酸鹽。
[0007] 進(jìn)一步，所述錯(cuò)娃合金帶中娃含量為4. 5-6. Owt. %，帶寬8mm，厚度為0. 3mm。這種 鋁合金帶加工性能好，藥粉的填充率高。
[0008] 進(jìn)一步，所述鋁硅合金粉中硅的質(zhì)量百分比為12. 5%。
[0009] 進(jìn)一步，所述氟鋁酸鹽為KAlF4與K3AlF6共晶成分。
[0010] 進(jìn)一步，所述金屬粉粒度為80-100目，氟鋁酸鹽粒度為100-200目。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)在于：本發(fā)明的藥芯鋁焊絲，使用鋁硅合金外皮，芯部添加不 同含量金屬粉、合金粉及釬劑。釬劑可以促進(jìn)潤(rùn)濕，并依靠藥芯中金屬粉及合金粉的合金化 作用，可以實(shí)現(xiàn)鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的高效化焊接。尤其適用于當(dāng)鋼(碳鋼、低合金鋼及不銹鋼） 表面鍍鋅的情況下。此外，也可作為TIG熔釬焊、MIG熔釬焊及各種熱源-電弧復(fù)合熔釬焊 時(shí)的填充材料。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明一種鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，包括外層金屬皮和內(nèi)部藥芯，所述 外層金屬皮為鋁硅合金帶，內(nèi)部藥芯由鋁硅合金粉、錫粉、鈦粉、鎳粉、鋅粉、銀粉、稀土、氟 鋁酸鹽組成，各組成成分的質(zhì)量百分比為：鋁硅合金粉5-30%，錫粉5-10%，鈦粉0. 5-10%，稀 土 0. 5-2%，鋅粉3-10%，鎳粉0. 5-5%，銀粉5-15%，余量為氟鋁酸鹽。
[0013] 本發(fā)明所述錯(cuò)娃合金帶中娃含量為4. 5-6. Owt. %，帶寬8mm，厚度為0. 3mm。這種錯(cuò) 合金帶加工性能好，藥粉的填充率高。硅含量低時(shí)，硅的作用不明顯，含量高時(shí)，焊絲制作過 程變得困難。
[0014] 本發(fā)明所述內(nèi)部藥芯的化學(xué)成分中，各組成的作用機(jī)制如下：氟鋁酸鹽是含量較 多的成分，其熔點(diǎn)低，熔化后起到釬劑作用，可以促進(jìn)釬料潤(rùn)濕及一定的去除氧化膜的能 力。焊接時(shí)無需額外添加釬劑，依靠藥芯中添加組分的自釬劑作用，即可以完成焊接過程。 所述氟鋁酸鹽為KAlF 4與K3AlF6共晶成分。
[0015] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中加入的鋁硅共晶合金粉可以改善熔融金屬流動(dòng)性，向焊縫中過 渡Si元素，降低釬料熔點(diǎn)，增強(qiáng)焊縫抗裂能力；少量Si元素可以抑制金屬間化合物數(shù)量，改 善組織；但含量不宜過多，否則會(huì)增加焊縫金屬脆性。所述鋁硅合金粉中鋁和硅是按共晶點(diǎn) 比例配制，硅的質(zhì)量百分比為12. 5%。
[0016] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中加入的Sn粉可以降低焊縫中Fe-Al金屬間化合物數(shù)量，提高接 頭強(qiáng)度，并可以促進(jìn)潤(rùn)濕。本發(fā)明中Sn粉的加入量為5-10%。
[0017] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中，加入的稀土元素，主要起到細(xì)化晶粒作用。本發(fā)明中稀土元素 加入量為〇. 5-2%。
[0018] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中，加入的鎳粉可以一定程度上緩解鋁/鋼接頭中熱失配問 題，降低接頭殘余應(yīng)力，但鎳含量不宜過多，否則會(huì)形成Ni-Fe化合物。本發(fā)明中鎳粉為 0. 5-5%〇
[0019] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中加入的Ti粉主要是降低接頭中Fe-Al金屬間化合物數(shù)量，細(xì)化 晶粒。本發(fā)明中Ti粉加入量為0. 5-10%。
[0020] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中加入的Ag粉主要是借助Ag良好塑性及過渡能力，降低鋁/鋼 熱膨脹系數(shù)差異，提高接頭強(qiáng)度。本發(fā)明中Ag粉加入量為5-15%。
[0021] 本發(fā)明內(nèi)部藥芯中加入的Zn粉主要是進(jìn)一步促進(jìn)釬料在熔融金屬表面潤(rùn)濕。本 發(fā)明中Zn粉加入量為3-10%。
[0022] 本發(fā)明所述金屬粉粒度為80-100目，氟鋁酸鹽粒度為100-200目。
[0023] 本發(fā)明中的藥芯組分可以促進(jìn)液態(tài)金屬流動(dòng)，更好潤(rùn)濕鋼表面，提高接頭力學(xué)性 能。通過優(yōu)化不同藥芯配方得到最佳配比，可以緩解焊接接頭應(yīng)力，提高焊接接頭的塑韌 性，并降低接頭缺陷率，滿足對(duì)抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的要求。
[0024] 本發(fā)明中藥芯焊絲直徑范圍在I. 2mm_2. 0mm，焊絲由拉絲機(jī)制作而成；本發(fā)明適 合碳鋼、低合金鋼及不銹鋼使用，當(dāng)鋼板為鍍鋅鋼時(shí)，效果更好；本發(fā)明適用于鋁/鋼電弧 熔釬焊及各種熱源-電弧熔釬焊，可以滿足接頭強(qiáng)度要求。
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。各實(shí)施例中內(nèi)部藥芯的化學(xué)成分及組成 含量如表1所示。
[0026] 表1 :各實(shí)施例中內(nèi)部藥芯的化學(xué)成分及組成含量
采用實(shí)施例1-5的藥芯組分制備的藥芯焊絲，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行搭接試驗(yàn)。結(jié)果表明， 本發(fā)明中的自釬劑藥芯焊絲能夠很好地潤(rùn)濕母材，且具有良好的填縫作用；母材變形小，無 裂紋，氣孔數(shù)量少；接頭拉剪強(qiáng)度比普通鋁藥芯焊絲高，可以滿足實(shí)際需求。微觀組織分析 結(jié)果表明，本發(fā)明中的藥芯焊絲，獲得的接頭界面金屬間化合物層厚度小，且晶粒有一定程 度的細(xì)化。特別是采用實(shí)施例2的藥芯組分制備的藥芯焊絲，顯示了良好的焊接工藝性能， 與常用的鋁硅焊絲比，相同條件下，焊絲熔化后的潤(rùn)濕和鋪展能力增強(qiáng)，潤(rùn)濕角降低5~7°， 搭接接頭變形量變小，接頭塑性有所提高，接頭拉剪強(qiáng)度提高4~8%，接頭中金屬間化合物數(shù) 量減少，且不連續(xù)分布。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，包括外層金屬皮和內(nèi)部藥芯，其特征在于外 層金屬皮為鋁硅合金帶，內(nèi)部藥芯由鋁硅合金粉、錫粉、鈦粉、鎳粉、鋅粉、銀粉、稀土、氟鋁 酸鹽組成，各組成成分的質(zhì)量百分比為：鋁硅合金粉5-30%，錫粉5-10%，鈦粉0. 5-10%，稀土 0. 5-2%，鋅粉3-10%，鎳粉0. 5-5%，銀粉5-15%，余量為氟鋁酸鹽。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，其特征在于：所述鋁硅合 金帶中娃含量為4. 5-6. Owt. %，帶寬8mm，厚度為0. 3mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，其特征在于：所述鋁硅合 金粉中娃的質(zhì)量百分比為12. 5%。4. 據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，其特征在于：所述氟鋁酸鹽 為KAlF4與K3AlF 6共晶成分。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，其特征在于：所述金屬粉 粒度為80-100目，氟鋁酸鹽粒度為100-200目。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，其特征在于：所述內(nèi)部藥 芯中各組成成分的質(zhì)量百分比為：鋁硅合金粉15%，錫粉10%，鈦粉2. 5%，稀土 2%，鋅粉5%， 鎳粉0. 5%，銀粉15%，氟鋁酸鹽50%。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鋁/鋼熔釬焊用自釬劑藥芯焊絲，由外層金屬皮和藥芯組成，外層金屬皮為鋁硅合金；內(nèi)部藥芯由鋁硅合金粉、錫粉、鈦粉、鎳粉、鋅粉、銀粉、稀土、氟鋁酸鹽組成，各組成成分的質(zhì)量百分比為：鋁硅合金粉5-30%，錫粉5-10%，鈦粉0.5-10%，稀土0.5-2%，鋅粉3-10%，鎳粉0.5-5%，銀粉5-15%，余量為氟鋁酸鹽。本發(fā)明焊接時(shí)芯部的氟鋁酸鹽先熔化，起到促進(jìn)潤(rùn)濕和去除氧化膜的自釬劑作用，可以降低鋁/鋼熱膨脹系數(shù)差及減少Fe-Al金屬間化物數(shù)量，實(shí)現(xiàn)鋁與鋼搭接或?qū)咏Y(jié)構(gòu)高效焊接，適于MIG、TIG熔釬焊及各種熱源-電弧復(fù)合時(shí)作為填充金屬使用。
【IPC分類】B23K103/20, B23K35/28
【公開號(hào)】CN104972242
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510401274
【發(fā)明人】馮吉才, 劉多, 張洪濤, 曹健, 李洪亮
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年7月10日