专利名称：钢与铝合金异质电阻钎焊方法
技术领域：
本发明述及通过电阻钎焊将在汽车、机械零件等组装工序中需要的钢和铝材焊接 的技术。
背景技术：
近年来，环保问题越来越受到世界各国的重视，特别是汽车工业为了节约燃料、保 护环境、不断努力减轻汽车重量，因此在汽车工业生产中，采用"钢+铝“双金属焊接结 构成为汽车轻量化的首选方案，这必然涉及到铝和钢两种材料之间的连接。汽车轻量化的 要求必然涉及到铝钢之间的焊接，而铝钢之间的焊接一直是焊接领域的热点问题和难点问 题，铝钢焊接的主要问题是两者之间的的固溶度较低、热物理性能差异较大，并且两者极易 反应生成脆性的金属间化合物，这种脆性的金属间化合物极大地降低了焊接接头的力学性 能。从20世纪60年代开始，许多学者便对铝钢之间的连接进行了详细的研究，铝钢之 间的焊接几乎涉及到焊接领域的各种方法，大体上可将其分为压焊、钎焊和熔焊。钢与铝的 焊接，具有以下特点(刘中青，刘凯.异种金属焊接技术指南[M].机械工业出版社，1997 )
(1)铁与铝既能形成固溶体，金属间化合物，又能形成共晶体。(2)共晶温度为645°C时，铁在铝中的溶解度为0. 053%;共晶温度在225 600°C 时，溶解度为0. 01% 0. 022% ；在室温时，溶解度为0. 002%o(3)在焊缝中含微量的铁和铝，冷却过程中会出现金属间化合物(FeAl3)的晶粒。 铁的质量分数达1. 8%，在645°C能形成Al+FeAl3的共晶体。(4)随着铝中含铁量的增加，还会出现化合物 ^2Α17(Α1的质量分数为62. 93%)、 Fe2Al5 (Al的质量分数为54.71%)等，其中只有!^e2Al5在一定温度下能熔化，不熔化的化合 物给焊接带来很大困难。(5)由于铁与铝或铝合金处于化合物状态，使焊缝的强度和硬度提高，塑性下降。 因此，钢与铝或铝合金的焊接性较差。而钢和铝或铝合金的焊接性较差，故焊接时存在以下问题(刘中青.钢与有色金 属的焊接-钢与铝的焊接[J].异种金属的焊接.2003):
(1)被焊接头容易氧化。钢与铝或铝合金焊接时，在铝母材金属接头表面易形成难熔的 氧化膜。这种氧化膜也可存在于熔池表面，温度越高，熔池表面的氧化膜越厚。这种氧化膜 阻碍液态金属的结合，使焊缝容易产生夹渣，力学性能降低。(2)焊缝成分不均勻。由于钢的熔点比铝的熔点高(钢为1530°C，铝为660°C)， 故焊接时，铝完全熔化为液态而钢仍处于固态。同时，两种母材金属的密度(钢为7.87g/ cm3，铝为2. 69g/cm3)相差很大，当钢完全熔化时，液态铝浮在钢液上面，冷却结晶后焊缝成 分不均勻。(3)焊接变形大。由于钢与铝的热导率、线膨胀系数相差较大，焊接时易引起很大 的应力，焊接接头会产生严重的变形，甚至导致裂纹。
(4)焊接接头容易产生裂纹。在钢与铝或铝合金的焊接过程中，会产生各种金属间 化合物(FeAl JeAl2、！^eAl3、！^e2Al5及!^e2Al7等)，这就增加了焊缝的脆性，降低了焊缝的塑 性和韧性，在焊接应力作用下，焊接接头很容易产生裂纹，甚至拉裂。钢和铝焊接时，存在以上困难，必须采取特殊工艺措施和选择合适的焊接方法，才 能获得满意的焊接接头。目前，钢和铝及铝合金的焊接工艺可分为熔化焊、压焊和钎焊。熔 化焊包括氩弧焊、气焊、电子束焊；而压焊包括摩擦焊、扩散焊、爆炸焊。上述的焊接方法都 是在减小!^-Al金属间化合物的厚度，但是不能从根本消除!^-Al金属间化合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种容易实现，使焊接质量得以改善的钢与铝合金电阻钎 焊的方法，采用中间层，避免 ^-ΑΙ金属间化合物的生成，有利于焊接接头。本发明的目的是这样实现的
一种钢与铝合金异质电阻钎焊方法，所述方法的步骤如下将ai-Ai等中温钎料放置 在钢的上表面与铝合金的下表面之间，钎料可以是片状，箔状，镀层或事先喷涂在待焊表 面。钎料厚度为0.05、. 5mm，设置电阻点焊参数，焊接电流为700(Tl4000A，焊接时间为 10CT50C，焊接压力为0. 7ΚΝ 5ΚΝ，启动电阻点焊，随后让焊件自然冷却即可。本发明可以实现钢与铝合金的异质电阻钎焊满足强度的前提下实现电极磨损量 小及接头无泛铜的连接，接头组织无i^e-Al金属间化合物生成，并且提高电极使用寿命。本发明所述钎料可以是Si-Al系或Al-Si系的中温钎料。钢的厚度为0. 3 3mm。铝 合金的厚度为0.4 4mm，材料可以是工业纯Al及铝合金系，如Al-Cu系、Al-Mn系、Al-Si 系、Al-Si -Cu 系、Al-Si-Mg 系、Al-Mg 系、Al-Mg-Si 系、Al-Zn-Mg 系合金中的一种。本发明的钢与铝合金的电阻钎焊方法可以使钢实现无镀锌层破坏及无泛铜的连 接，接头组织无i^e-Al金属间化合物生成，并且提高电极使用寿命，具体具有以下优点
1、本方法可在不更换电极材料下，实现镀锌板钢板与铝合金的点焊，焊接表面无需特 殊处理，焊接成本低，接头可靠，工程意义较理想。2、焊后接头无泛铜，有利于焊接的耐腐蚀性及电极寿命。3、焊件的接头组织无金属间化合物生成，有利于提高焊件的性能。
图1是实施例1的钢与铝合金电阻钎焊金线组织图(其中焊接电流为12000A、焊接 时间为50C、焊接压力为0. 2MPa)。
具体实施例方式实施例1 D)(51D双面热镀锌钢板与L2Y2铝合金的电阻钎焊
将ai-Ai中温钎料放置在钢的上表面与铝合金的下表面之间，钎料可以是片状、箔状、 镀层或事先喷涂在待焊表面。设置电阻点焊参数，焊接电流为600(Γ14000Α，焊接时间为 10CT60C，焊接压力为0. 7ΚΝ 5ΚΝ，启动电阻点焊，随后让焊件自然冷却即可。其中钢采用D)(51D双面热钢，板厚为0. 9mm,双面镀锌层厚度为16. 8 μ m ；铝合金 采用L2Y2铝合金，厚度为0. 8mm ；钎料为ZA5合金(重量百分比=Zn :89. 3%、Al :4. 2%、Cu 3. 22%, Mg:0. 82%、Mn :0. 91%、Si :0. 81%、余量为杂质)，厚度为0. 3mm，大小为直径为12mm圆 形钎料片。电极材料为Cr-Zr-Cu，电极直径为10mm。相关焊接参数及其焊件力学性能如表 1、表2、表3、表4。 表1 在P=L 57kN、T=50C的不同电流下钎焊件的拉剪力
权利要求
1.一种钢与铝合金异质电阻钎焊方法，其特征在于，所述方法的步骤如下将 Zn-Al系或Al-Si系中温钎料放置在钢的上表面与铝合金的下表面之间，钎料厚度为 0. 05、. 5mm，设置电阻点焊参数，焊接电流为600(Tl4000A，焊接时间为10CT60C，焊接压力 为0. 7ΚΝ 5ΚΝ，启动电阻点焊，随后让焊件自然冷却即可。
2.根据权利要求1所述的钢与铝合金异质电阻钎焊方法，其特征在于，所述焊接电流 为700(Tl2000A，焊接时间为10C 50C。
3.根据权利要求1或2所述的钢与铝合金的异质电阻钎焊方法，其特征在于钎料是片 状、箔状、镀层或事先喷涂在待焊表面。
4.根据权利要求3所述的钢与铝合金的异质电阻钎焊方法，其特征在于钢的厚度为 0. 3 3mm。
5.根据权利要求4所述的钢与铝合金的异质电阻钎焊方法，其特征在于铝合金的厚度 为0.圹4mm，材料是工业纯Al及铝合金系。
6.根据权利要求5所述的钢与铝合金的异质电阻钎焊方法，其特征在于所述铝合金系 是 Al-Cu 系、Al-Mn 系、Al-Si 系、Al-Si -Cu 系、Al-Si-Mg 系、Al-Mg 系、Al-Mg-Si 系、 Al-Zn-Mg系合金中的一种。
全文摘要
钢与铝合金的异质电阻钎焊，它涉及钢与铝合金的异质电阻点焊方法的改进。本发明将Zn-Al等中温钎料放置在钢的上表面与铝合金的下表面之间，钎料可以是片状，箔状，镀层或事先喷涂在待焊表面。钎料厚度为0.05~0.5mm，设置电阻点焊参数，焊接电流为6000~14000A，焊接时间为10C~60C，焊接压力为0.7KN~5KN，启动电阻点焊，随后让焊件自然冷却即可。本发明可以实现钢与铝合金的异质电阻钎焊满足强度的前提下实现电极磨损量小及接头无泛铜的连接，接头组织无Fe-Al金属间化合物生成，并且提高电极使用寿命。
文档编号B23K31/02GK102145439SQ20111011093
公开日2011年8月10日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者伍光凤, 吴玮, 李彦, 杜长华, 杨惠, 罗泉祥, 许惠斌, 邢亮 申请人:重庆理工大学