[發(fā)明專利]機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼-鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110441393.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN113118599B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邸洪雙;環(huán)鵬程;齊霄楠;張宇峰;賀精瑞;高源;葉碩;龔夕淮;沈鑫珺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/173
• 分類號(hào): B23K9/173;B23K9/235;B23K33/00;B23K103/20
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 尚云飛

一種機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼?鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法，屬于鋼?鋁異種金屬弧焊焊接技術(shù)領(lǐng)域。所述機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼?鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：S1、鋼板預(yù)制缺口，在鋼板待焊接的一側(cè)加工缺口，S2、處理鋼板和鋁板的待焊接部位，分別將鋼板和鋁板的待焊接部位的表面用砂紙進(jìn)行打磨，打磨后，用丙酮去除待焊接部位的表面油污，并晾干，S3、焊接準(zhǔn)備，使鋼板待焊接部位的缺口與鋁板待焊接部位的表面緊密接觸，S4、選擇焊絲，S5、焊接。所述機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼?鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法不需要添加額外的合金元素，能夠使焊縫合金含量降低，提升鋼?鋁異種焊接接頭強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)鋼?鋁合金異種材料的優(yōu)質(zhì)連接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋼-鋁異種金屬弧焊焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼-鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

目前，對(duì)于汽車領(lǐng)域而言，傳統(tǒng)的全鋼車身已經(jīng)不能滿足汽車輕量化的需求。鋁合金作為一種典型的輕質(zhì)金屬，已逐步用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料，達(dá)到顯著降低汽車車身重量的目的。但是鑒于經(jīng)濟(jì)性和安全性的綜合考慮，車身部分結(jié)構(gòu)尤其是車架主結(jié)構(gòu)(如汽車A、B柱)仍需要使用鋼鐵材料甚至強(qiáng)度更高的高強(qiáng)鋼，因此，鋼鋁混合車身則成為目前的主要研究熱點(diǎn)。鋼鋁混合車身的運(yùn)用與發(fā)展則必須解決解決鋼鐵材料和鋁合金的焊接問題，鋼與鋁合金的焊接一直是技術(shù)難點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兊臋C(jī)械、熱物理和冶金性能存在顯著差異，極易導(dǎo)致鋼-鋁焊接接頭在界面處生成硬而脆的Fe-Al金屬間化合物，使得焊接的強(qiáng)度和韌性均無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，嚴(yán)重制約了鋼-鋁混合車身的進(jìn)一步發(fā)展。

降低鋼-鋁焊接接頭硬而脆的Fe-Al金屬間化合物的厚度是提升接頭力學(xué)性能的有效方法，因此，目前大多數(shù)的研究都致力于如何盡量降低其厚度，主要的思路是降低熱輸入和加入合金元素。降低熱輸入主要通過新型的焊接技術(shù)如冷金屬過渡焊接技術(shù)(coldmetal transfer，CMT)和高能束焊接如激光焊接等。加入合金元素主要是通過加入第三種元素與Al進(jìn)行反應(yīng)從而降低脆性的富鋁相的數(shù)量，專利JP20030336641通過熱浸鍍?cè)阡摪灞砻驽兏惨再|(zhì)量計(jì)含有3-12％Si和0.5-5％Fe或0.002-0.020％N，使得界面處形成Al-Fe-Si三元合金層或富N表層，進(jìn)而阻礙脆性的Al-Fe二元合金層向接合界面整體發(fā)生擴(kuò)展提高了接頭強(qiáng)度。周惦武等進(jìn)行了添加中間夾層Cu、Pb的激光搭接焊實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)新生成的Mg₂Pb相能抑制脆性FeAl金屬間化合物的生成，明顯改善鋼/鋁焊接接頭的力學(xué)性能。但是，添加合金元素不可避免會(huì)帶來(lái)成本的增加，且如何精準(zhǔn)有效地控制添加的合金元素參與焊接冶金反應(yīng)的量也是一個(gè)難點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼-鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法，其不需要添加額外的合金元素，能夠使焊縫合金含量降低，降低生產(chǎn)成本，提升鋼-鋁異種焊接接頭強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了鋼-鋁合金異種材料的優(yōu)質(zhì)連接。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種機(jī)械冶金雙重結(jié)合提升鋼-鋁異種焊接接頭強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：

S1、鋼板預(yù)制缺口，對(duì)鋼板進(jìn)行機(jī)械加工，在鋼板待焊接的一側(cè)均勻加工若干個(gè)內(nèi)寬外窄形狀的缺口，具體的，內(nèi)寬外窄形狀是指缺口靠近鋼板一側(cè)的寬度大于其靠近鋁板一側(cè)的寬度；

S2、處理鋼板和鋁板的待焊接部位，分別將鋼板和鋁板的待焊接部位的表面用砂紙進(jìn)行打磨，打磨后，用丙酮去除待焊接部位的表面油污，并晾干；具體的，待焊接部位用砂紙打磨露出金屬光澤后用丙酮去除表面油污，鋼板可采用低碳鋼鋼板，鋁板可采用鋁合金板；

S3、焊接準(zhǔn)備，將晾干后的鋼板和鋁板以拼焊的方式置于工作臺(tái)上，使鋼板待焊接部位的缺口與鋁板待焊接部位的表面緊密接觸，具體的，通過焊接卡具使鋼板和鋁板的待焊接部位緊密接觸，緊密接觸是指鋼板預(yù)制缺口一側(cè)和鋁板之間的間隙為0mm；

S4、選擇焊絲，焊絲選用富Si的Al-Si焊絲或者富Mg的Al-Mg焊絲；