[發明專利]一種鋁鋼異種材料連接方法

有效

• 申請號: 201310171686.6
• 申請日: 2013-05-11
• 公開（公告）號: CN103231203A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 孫清潔;劉一搏;曹健;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23P11/00
• 分類號: B23P11/00;B23K9/007;B23K9/173
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，特別是一種操作簡單、焊接效果好、基于冷金屬過渡電弧快速制造的鋁鋼異種材料連接方法。

背景技術

眾所周知，為了滿足產品結構的高強度、輕量化、耐腐蝕等需求，鋁鋼異種材料連接已廣泛的應用于汽車制造、機械零部件、建筑結構材料、航天航空等領域當中。但是當鋁-鋼材料進行焊接時，在界面處極易生成脆性的金屬間化合物，會極大的降低接頭的連接強度；液態鋁在鋼側的潤濕性不好，會影響鋁在鋼層表面的鋪展，降低了焊接過程的穩定性，使得焊縫成形不良；此外，鋁鋼熱漲系數等物化性質的差異，也會使得焊接接頭在極端工作條件下發生失效。

目前實現鋁鋼連接的主要途徑主要有以下幾種，其一是通過添加釬劑、釬料或合金成分等，使得焊接時在鋁鋼界面間產生過渡層，減少鋁鋼脆性化合物的生成，從而實現鋁鋼接頭的焊接，如MIG熔釬焊，釬焊，藥芯焊絲焊，電阻點焊、激光填粉熔釬焊等，但是此類方法存在焊接成本較高，接頭性能不穩定等問題；其二是依靠熱軋，冷壓等方法，使得鋁鋼在熱、力作用下在界面處實現結合，如熱軋焊等，該方法生產成本低，但鋁鋼界面處容易有夾雜物存在，降低鋁鋼界面的結合，服役壽命較短；其三是采用機械連接的方法，依靠鉚釘，螺栓等實現鋁鋼之間的連接，但此方法存在密封性差，可靠性不高等問題。

發明內容

本發明的目的為解決現有方法中存在的問題，采用添加合金夾層與機械鑲嵌相結合的辦法，提供一種連接可靠、連接強度高、通過冷金屬過渡電弧快速制造的鋁鋼異種材料連接方法。

本發明所采用的技術方案是。

一種鋁鋼異種材料連接方法，其特征在于采用添加合金夾層與機械鑲嵌相結合實現鋁、鋼異種材料間的連接，包含以下步驟：

步驟一、將待焊接件的接觸表面及周圍30毫米范圍內采用機械方式進行清理，如采用電動鋼絲刷、砂布等；

步驟二、采用有機溶劑或清洗劑，對機械清理后的表面進行細致的擦拭，清除殘余的有機物或金屬粉塵，有機溶劑或清洗劑為丙酮、酒精等；

步驟三、采用鋼焊絲，在鋼材件接觸表面堆有均勻分布的鋼制立柱，鋼制立柱的直徑r為1-3mm，高度h為5-10mm，鋼制立柱在鋼材件接觸表面上成方陣分布，鋼制立柱之間的距離為3-20mm，鋼制立柱是由如下方式制得，當焊絲端部熔滴接觸鋼材件接觸表面時，增大焊接電流，停留0.5-1s后，垂直向后抽絲，由于焊絲端部電阻熱的存在，焊絲受熱被拉斷形成鋼制立柱，操作全程中采用氬氣保護；

步驟四、采用鎳基合金焊絲在鋼材件接觸面上熔敷鎳基合金金屬層，根據鋼制立柱的高度和每層鎳基合金金屬層的高度選取鎳基合金金屬層的層數，每層鎳基合金金屬層的厚度t為3-5mm，鎳基合金金屬層整體高度H為9-15mm；

步驟五、采用鎳基合金焊絲，在鎳基合金層表面堆有均勻分布的鎳基合金立柱，鎳基合金立柱的直徑r為1-3mm，高度h為5-10mm，鎳基合金立柱在鎳基合金層表面上成方陣分布，鎳基合金立柱間的距離為3-20mm，鎳基合金立柱是由如下方式制得，當焊絲端部熔滴接觸鋼材件接觸表面時，增大焊接電流，停留0.5-1s后，垂直向后抽絲，由于焊絲端部電阻熱的存在，焊絲受熱被拉斷形成鎳基合金立柱，操作全程中采用氬氣保護；

步驟六、采用鋁焊絲在鎳基合金表面堆敷一層鋁層，每層鋁層厚度為3-5mm，鋁層整體高度H為9-15mm，最終實現鋼-鎳-鋁夾層式接頭。

步驟七、對鋁鋼接頭進行進一步的機械加工，如切削、打磨等成型方法，最終實現鋼-鎳-鋁夾層式接頭。

本發明采用的CMT電弧焊復合熱源焊接技術，可以將送絲與焊接過程直接地連接起來，并實現無電流狀態下的熔滴過渡，具有焊接熱輸入低，無飛濺過渡等優點，特別在增量制造領域，生產效率高，且對大型工件的生產成本要遠低于激光束和電子束。

本發明所述的待焊接件可以是板狀件，也可以是管狀件。

本發明針對鋼和鎳的結合能力要遠高于鋼和鋁，而鎳鋁之間的結合又優于鋼和鋁，因此采用鎳合金作為鋼-鋁接頭的過渡夾層，可以完全抑制鋁鋼之間脆性金屬間化合物的生成，提高接頭的連接強度，同時，由于層間立柱的存在，因此可以實現層與層之間的鑲嵌式連接，從而進一步增加接頭連接的牢固性，此外，在溫差較大等極端工作環境下，層間金屬立柱還可以阻礙金屬結合層間的熱脹冷縮行為，并將其中的力的作用均勻的分擔在每個金屬柱的側向截面上，因此很好地抑制因鋼、鎳、鋁熱膨脹系數差異而產生的接頭連接失效，特別是在緩解管道接頭中徑向方向的漲縮行為時尤為明顯。

附圖說明

圖1是本發明的一種結構示意圖。