本发明属于机械加工领域，具体涉及一种汽车钣金件焊接材料及焊接工艺。
背景技术：
：异种钢钣金的焊接化学成分不均匀，其两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因稀释作用会发生变化，接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的影响，易采用小电流、浅熔深，组织的不均匀性。在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构；其性能的不均匀性；由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大；其应力场分布不均匀，由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；而现有技术在防止金属间化合物产生方面存在欠缺，有待改善。中国专利申请文献“稀土异性金属焊接材料及其制造方法(公开号：cn1094666a)”公开了稀土异性金属焊接材料及其制造方法，该焊接材料，由下述重量份的原料组成的：锡为60-85份，锌为10-35份，钕为1-2份，镉为1-2.5份，铜为0.25-0.5份，镁为0.05-0.3份，铝为0.11-0.20份，氯化银为0-3份，稀有金属合金为2.0-4.0。该发明具有对异种金属在焊点提高了抗拉强度，增加了抗氧化性能，减小了焊点的电阻率，但对于汽车钣金件的焊接中存在焊接强度、耐腐蚀性不足的问题。技术实现要素：本发明的目的是提供一种汽车钣金件焊接材料及焊接工艺，以解决在专利申请文献“稀土异性金属焊接材料及其制造方法(公开号：cn1094666a)”公开的焊接材料的基础上，如何优化组分、用量、方法等，使其更适用于汽车钣金件焊接，并解决了焊接强度、耐腐蚀性不足的问题。为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种汽车钣金件焊接材料，包括以下原料：锡，锌，钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，稀有金属合金，锰，钙，磷，氟，硫，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉；所述磷、氟、硫的合计量为锡的0.1-0.2％；所述铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉的比例为(1-3)：(2-4)：(0.6-0.8)。进一步地，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉的比例为2：3：0.7。进一步地，所述汽车钣金件焊接材料以重量份为单位，包括以下原料：锡为60-85份，锌为10-35份，钕为1-2份，镉为1-2.5份，铜为0.25-0.5份，镁为0.05-0.3份，铝为0.11-0.20份，氯化银为0-3份，稀有金属合金为2.0-4.0份，锰为1-3份，钙为0.2-0.5份，磷为0.01-0.03份，铝矾土粉1-3份，聚硅酮2-4份，超细无机纤维棉0.6-0.8份，氟0.02-0.06份，硫0.02-0.06份，所述磷、氟、硫的合计量为锡的0.1-0.2％。进一步地，所述稀有金属合金为钕，镧，铈的至少一种。进一步地，所述稀有金属合金钕为0.3-0.8质量份，镧为0.3-0.8质量份，铈为0.3-0.8质量份。进一步地，所述超细无机纤维棉为直径3-4um的氧化锆无机超细纤维棉。本发明还提供一种上述的汽车钣金件焊接材料的焊接工艺，包括以下步骤：(1)将钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，锰，钙，磷，氟，硫，置入熔解用坩埚，再加上适量的木炭粉，以隔绝氧气，将上述金属升温至预定温度t1，上述金属熔解后，充分搅拌，维持15-20分钟，然后将上述熔解后的金属自然降温至预定温度t2，维持15-20分钟，再加入锡，锌，稀有金属合金，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉，熔解后搅拌，然后维持温度15分钟至1小时，取出熔解合金表面的杂质，然后入模制作焊条；(2)待焊接的两种所述母材分别为合金钢材料和低碳钢材料，将待合金钢材料进行预热处理，预热温度320-450℃，低碳钢不需要预热；(3)将焊条加热至230℃-280℃，进行焊接操作前在合金钢材料和低碳钢材料的焊接部位开设v形坡口，其坡口的敞开角度为45-60°；(4)采用钨极氩弧焊机进行间隔点焊，焊接完毕后，焊后退火处理，冷却速度是50-70℃/h。进一步地，所述步骤4中钨极氩弧焊机的电源种类为直流正接，焊接电流80-120a，电弧电压12-14v，保护气体流量9-12l/min，焊条的直径为φ1.5mm-φ2.0mm。进一步地，步骤4中点焊的焊点大小直径为φ3mm-φ4mm。进一步地，100℃≤预定温度t1和t2的温度差≤200℃。本发明具有以下有益效果：(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3制得的汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性显著高于对比例5制得的汽车钣金件的焊接强度和耐腐蚀性；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉在制备汽车钣金件焊接材料中起到了协同作用，协同提高了汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性；这是：本发明以锡，锌为基质合金，当添加一定量的钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，稀有金属合金能有效改善不同金属间的焊接问题，但是由对比例1可知，只添加上述的组分不能实现令人满意的焊接强度和耐腐蚀性效果，因此申请人通过反复试验，发现添加了铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉在制备汽车钣金件焊接材料中起到了协同作用。推测其可能机理为铝矾土粉为熟铝矾土矿石用雷蒙磨加工制成的细粉，粒度通常为100目-325目，膨胀系数小、体积密度小，易分散，减低了焊料的膨胀系数，增强焊料的整体强度，并且由于其化学稳定性好，能够在焊料使用过程的再熔融过程中富集在焊料表面上，增强耐腐蚀效果；聚硅酮具有有机材料和无机材料双方特性，能提升焊料的耐候性、机械强度，同时利用其高分子交联和乳化能力，能够在焊料制备过程中能够促进铝矾土粉和超细无机纤维棉分散，并且分解后其活性硅原子能够作为形成大量的异质核心，起到了变质细化主要合金相的作用，从而增强了耐腐蚀和焊接强度；超细无机纤维棉能够互相交错的分散在焊料中，并且以铝矾土粉填充其中，聚硅酮分解后作为交联剂，实现三者分子之间互相交联，形成稳定晶体堆积结构，大大提高焊料的力学性能和整体性，不容易破碎，提高焊接强度，当其在表层中分散时，能有效保护基体和结构表面不受腐蚀气体和潮湿气体的侵蚀，提高耐腐蚀性。(3)由对比例6-8的数据可见，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉的重量比不在(1-3)：(2-4)：(0.6-0.8)范围内时，制得的钣金件的焊接强度和耐腐蚀性数值与实施例1-3的数值相差甚大，远小于实施例1-3的数值，与现有技术(对比例5)的数值相当。本发明铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉作为补强体系，实施例1-3控制制备汽车钣金件焊接材料时通过添加铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉的重量比为(1-3)：(2-4)：(0.6-0.8)，实现在补强体系中利用铝矾土粉减低了焊料的膨胀系数，增强焊料的整体强度；聚硅酮具能够促进铝矾土粉和超细无机纤维棉分散，并且分解后活性硅能够细化主要合金相；超细无机纤维棉能够互相交错的分散在焊料中，并且以铝矾土粉填充其中，聚硅酮作为交联剂，实现三者分子之间互相交联，形成稳定晶体堆积结构，从而起到了提高汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性等特点，使得铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉构成的补强体系在本发明的汽车钣金件焊接材料中，提高汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性。(4)本发明中还加入无机元素氟和硫，所述氟的加入形式可以为金属氟化物，所述硫的加入形式可以为金属硫化物，也可以以单质硫的形式加入。加入一定氟和硫元素，可以在金属相中形成部分金属合金，且该金属合金易在焊接过程处于金属表面，利用其耐腐蚀效果，提高焊料的耐腐蚀性。且氟、硫都能促进金属合金相中形成异质核心，起到了细化金相的作用。所述磷、氟、硫的合计量为锡的0.1-0.2％。过多的加入量将导致焊料强度性能下降，且熔点升高，过小的量不能起到优异的防腐蚀效果和焊接强度。(5)本发明中制备工艺中通过两步温度熔融法制备，通过设置100℃≤预定温度t1和t2的温度差≤200℃，实现了通过设置一定温度差，在降温过程中，析出部分颗粒微合金相，进一步细化焊料中合金相，使其分布更加均匀致密。过高的温度差，将导致析出颗粒过大，导致形成焊料强度下降，过低的温度不能实现更好地的耐腐蚀和高强度的效果。具体实施方式为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。在实施例中，汽车钣金件焊接材料以重量份为单位，包括以下原料：锡为60-85份，锌为10-35份，钕为1-2份，镉为1-2.5份，铜为0.25-0.5份，镁为0.05-0.3份，铝为0.11-0.20份，氯化银为0-3份，稀有金属合金为2.0-4.0份，锰为1-3份，钙为0.2-0.5份，磷为0.01-0.03份，氟0.02-0.06份，硫0.02-0.06份，所述磷、氟、硫的合计量为锡的0.1-0.2％，铝矾土粉1-3份，聚硅酮2-4份，超细无机纤维棉0.6-0.8份。所述稀有金属合金为钕，镧，铈的至少一种。优选所述稀有金属合金钕为0.3-0.8质量份，镧为0.3-0.8质量份，铈为0.3-0.8质量份。所述超细无机纤维棉为直径3-4um的氧化锆无机超细纤维棉，制备方法见参见cn1584155a”有机聚锆前驱体纺丝液甩丝法制备氧化锆纤维棉”(200410024264.7)。一种上述的汽车钣金件焊接材料的焊接工艺，包括以下步骤：(1)将钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，锰，钙，磷，氟，硫，置入熔解用坩埚，再加上适量的木炭粉，以隔绝氧气，将上述金属升温至预定温度t1，上述金属熔解后，维持15-20分钟，充分搅拌，然后将上述熔解后的金属自然降温至预定温度t2，维持15-20分钟，再加入锡，锌，稀有金属合金，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉，，熔解后搅拌，然后维持温度15分钟至1小时，取出熔解合金表面的杂质，然后入模制作焊条；(2)待焊接的两种所述母材分别为合金钢材料和低碳钢材料，将待合金钢材料进行预热处理，预热温度320-450℃，低碳钢不需要预热；(3)将焊条加热至230℃-280℃，进行焊接操作前在合金钢材料和低碳钢材料的焊接部位开设v形坡口，其坡口的敞开角度为45-60°；(4)采用钨极氩弧焊机进行间隔点焊，焊接完毕后，焊后退火处理，冷却速度是50-70℃/h。所述步骤4中钨极氩弧焊机的电源种类为直流正接，焊接电流80-120a，电弧电压12-14v，保护气体流量9-12l/min，焊条的直径为φ1.5mm-φ2.0mm。步骤4中点焊的焊点大小直径为φ3mm-φ4mm。步骤1中100℃≤预定温度t1和t2的温度差≤200℃实施例1一种汽车钣金件焊接材料，以重量份为单位，包括以下原料：锡为72.5份，锌为22.5份，钕为1.5份，镉为1.75份，铜为0.37份，镁为0.15份，铝为0.15份，氯化银为1.5份，稀有金属合金为3份，锰为2份，钙为0.35份，磷为0.02份，氟0.04份，硫0.04份，铝矾土粉2份，聚硅酮3份，超细无机纤维棉0.7份。所述稀有金属合金钕为0.6质量份，镧为0.6质量份，铈为0.6质量份。一种上述的汽车钣金件焊接材料的焊接工艺，包括以下步骤：(1)将钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，锰，钙，磷，氟，硫，置入熔解用坩埚，再加上适量的木炭粉，以隔绝氧气，将上述金属升温至800℃，维持18分钟，上述金属熔解后，充分搅拌，然后将上述熔解后的金属自然降温至650℃，维持18分钟，再加入锡，锌，稀有金属合金，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉，，熔解后搅拌，然后维持温度0.5小时，取出熔解合金表面的杂质，然后入模制作焊条；(2)待焊接的两种所述母材分别为合金钢材料和低碳钢材料，将待合金钢材料进行预热处理，预热温度400℃，低碳钢不需要预热；(3)将焊条加热至250℃，进行焊接操作前在合金钢材料和低碳钢材料的焊接部位开设v形坡口，其坡口的敞开角度为50°；(4)采用钨极氩弧焊机进行间隔点焊，焊接完毕后，焊后退火处理，冷却速度是60℃/h。所述步骤4中钨极氩弧焊机的电源种类为直流正接，焊接电流100a，电弧电压13v，保护气体流量10l/min，焊条的直径为φ1.8mm。步骤4中点焊的焊点大小直径为φ3.5mm。实施例2一种汽车钣金件焊接材料，以重量份为单位，包括以下原料：锡为60份，锌为35份，钕为1份，镉为2.5份，铜为0.25份，镁为0.3份，铝为0.11份，氯化银为3份，稀有金属合金为2.0份，锰为3份，钙为0.2份，磷为0.03份，氟0.045份，硫0.045份，铝矾土粉2份，聚硅酮3份，超细无机纤维棉0.7份。所述稀有金属合金钕为0.3质量份，镧为0.8质量份，铈为0.3质量份。一种上述的汽车钣金件焊接材料的焊接工艺，包括以下步骤：(1)将钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，锰，钙，磷，氟，硫，置入熔解用坩埚，再加上适量的木炭粉，以隔绝氧气，将上述金属升温至800℃，上述金属熔解后，维持20分钟，充分搅拌，然后将上述熔解后的金属自然降温至700℃，维持20分钟，再加入锡，锌，稀有金属合金，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉，，熔解后搅拌，然后维持温度15分钟，取出熔解合金表面的杂质，然后入模制作焊条；(2)待焊接的两种所述母材分别为合金钢材料和低碳钢材料，将待合金钢材料进行预热处理，预热温度450℃，低碳钢不需要预热；(3)将焊条加热至230℃，进行焊接操作前在合金钢材料和低碳钢材料的焊接部位开设v形坡口，其坡口的敞开角度为60°；(4)采用钨极氩弧焊机进行间隔点焊，焊接完毕后，焊后退火处理，冷却速度是50℃/h。所述步骤4中钨极氩弧焊机的电源种类为直流正接，焊接电流120a，电弧电压12v，保护气体流量12l/min，焊条的直径为φ1.5mm。步骤4中点焊的焊点大小直径为φ3mm。实施例3一种汽车钣金件焊接材料，以重量份为单位，包括以下原料：锡为85份，锌为10份，钕为2份，镉为1份，铜为0.5份，镁为0.05份，铝为0.20份，氯化银为0份，稀有金属合金为4.0份，锰为1份，钙为0.5份，磷为0.01份，氟0.0375份，硫0.0375份，铝矾土粉2份，聚硅酮3份，超细无机纤维棉0.7份。优选所述稀有金属合金钕为0.8质量份，镧为0.3质量份，铈为0.8质量份。一种上述的汽车钣金件焊接材料的焊接工艺，包括以下步骤：(1)将钕，镉，铜，镁，铝，氯化银，锰，钙，磷，氟，硫，置入熔解用坩埚，再加上适量的木炭粉，以隔绝氧气，将上述金属升温至800℃，上述金属熔解后，充分搅拌，维持15分钟，然后将上述熔解后的金属自然降温至600℃，维持15分钟，再加入锡，锌，稀有金属合金，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉，，熔解后搅拌，然后维持温度1小时，取出熔解合金表面的杂质，然后入模制作焊条；(2)待焊接的两种所述母材分别为合金钢材料和低碳钢材料，将待合金钢材料进行预热处理，预热温度320℃，低碳钢不需要预热；(3)将焊条加热至280℃，进行焊接操作前在合金钢材料和低碳钢材料的焊接部位开设v形坡口，其坡口的敞开角度为45°；(4)采用钨极氩弧焊机进行间隔点焊，焊接完毕后，焊后退火处理，冷却速度是70℃/h。所述步骤4中钨极氩弧焊机的电源种类为直流正接，焊接电流80a，电弧电压14v，保护气体流量9l/min，焊条的直径为φ2.0mm。步骤4中点焊的焊点大小直径为φ3mm。对比例1与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中缺少铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉。对比例2与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中缺少铝矾土粉。对比例3与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中缺少聚硅酮。对比例4与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中缺少超细无机纤维棉。对比例5采用中国专利申请文献“稀土异性金属焊接材料及其制造方法(公开号：cn1094666a)”中具体实施例1所述的方法制备焊接材料。对比例6与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中铝矾土粉为1份、聚硅酮为5份、超细无机纤维棉为1份。对比例7与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中铝矾土粉为3份、聚硅酮为1份、超细无机纤维棉为0.5份。对比例8与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中铝矾土粉为1份、聚硅酮为1份、超细无机纤维棉为1份。对比例9与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中磷为0.02份，氟0.08份，硫0.08份，和计量超过了2％。对比例10与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备汽车钣金件焊接材料的原料中磷为0.02份，氟0.008份，硫0.008份，和计量小于1％。对比例11与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备工艺中t1和t2的温度差为300℃。对比例12与实施例1的制备工艺基本相同，唯有不同的是制备工艺中t1和t2的温度差为0℃。对实施例1-3和对比例1-8制得的产品，测试焊接后的的钣金件焊接处的断裂强度。根据gbt10125—1997标准，对焊接后的钣金件在酸性盐雾下测试6h后，测试断裂强度，与未腐蚀的比较，计算断裂强度下降程度，计为百分比，结果如下表所示。实验项目断裂强度断裂强度下降(％)实施例14208实施例24189实施例34169对比例134824对比例240111对比例339810对比例440312对比例534326对比例635322对比例736120对比例836718对比例93518对比例1040517对比例1134813对比例1240414由上表可知：(1)由实施例1-3和对比例5的数据可见，实施例1-3制得的汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性显著高于对比例5制得的汽车钣金件的焊接强度和耐腐蚀性；同时由实施例1-3的数据可见，实施例1为最优实施例。(2)由实施例1和对比例1-4的数据可见，铝矾土粉、聚硅酮、超细无机纤维棉在制备汽车钣金件焊接材料中起到了协同作用，协同提高了汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性；这是：推测其可能机理为铝矾土粉为熟铝矾土矿石用雷蒙磨加工制成的细粉，粒度通常为100目-325目，膨胀系数小、体积密度小，易分散，减低了焊料的膨胀系数，增强焊料的整体强度，并且由于其化学稳定性好，能够在焊料使用过程的再熔融过程中富集在焊料表面上，增强耐腐蚀效果；聚硅酮具有有机材料和无机材料双方特性，能提升焊料的耐候性、机械强度，同时利用其高分子交联和乳化能力，能够在焊料制备过程中能够促进铝矾土粉和超细无机纤维棉分散，并且分解后其活性硅原子能够作为形成大量的异质核心，起到了变质细化主要合金相的作用，从而增强了耐腐蚀和焊接强度；超细无机纤维棉能够互相交错的分散在焊料中，并且以铝矾土粉填充其中，聚硅酮分解后作为交联剂，实现三者分子之间互相交联，形成稳定晶体堆积结构，大大提高焊料的力学性能和整体性，不容易破碎，提高焊接强度，当其在表层中分散时，能有效保护基体和结构表面不受腐蚀气体和潮湿气体的侵蚀，提高耐腐蚀性。。(3)由对比例6-8的数据可见，铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉的重量比不在(1-3)：(2-4)：(0.6-0.8)范围内时，制得的钣金件的焊接强度和耐腐蚀性数值与实施例1-3的数值相差甚大，远小于实施例1-3的数值，与现有技术(对比例5)的数值相当。本发明铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉作为补强体系，实施例1-3控制制备汽车钣金件焊接材料时通过添加铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉的重量比为(1-3)：(2-4)：(0.6-0.8)，实现在补强体系中利用铝矾土粉减低了焊料的膨胀系数，增强焊料的整体强度；聚硅酮具能够促进铝矾土粉和超细无机纤维棉分散，并且分解后活性硅能够细化主要合金相；超细无机纤维棉能够互相交错的分散在焊料中，并且以铝矾土粉填充其中，聚硅酮作为交联剂，实现三者分子之间互相交联，形成稳定晶体堆积结构，从而起到了提高汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性等特点，使得铝矾土粉，聚硅酮，超细无机纤维棉构成的补强体系在本发明的汽车钣金件焊接材料中，提高汽车钣金件焊接材料的焊接强度和耐腐蚀性。(4)本发明中还加入无机元素氟和硫，所述氟的加入形式可以为金属氟化物，所述硫的加入形式可以为金属硫化物，也可以以单质硫的形式加入。加入一定氟和硫元素，可以在金属相中形成部分金属合金，且该金属合金易在焊接过程处于金属表面，利用其耐腐蚀效果，提高焊料的耐腐蚀性。且氟、硫都能促进金属合金相中形成异质核心，起到了细化金相的作用。所述磷、氟、硫的合计量为锡的0.1-0.2％。过多的加入量将导致焊料强度性能下降，且熔点升高，过小的量不能起到优异的防腐蚀效果和焊接强度。(5)本发明中制备工艺中通过两步温度熔融法制备，通过设置100℃≤预定温度t1和t2的温度差≤200℃，实现了通过设置一定温度差，在降温过程中，析出部分颗粒微合金相，进一步细化焊料中合金相，使其分布更加均匀致密。过高的温度差，将导致析出颗粒过大，导致形成焊料强度下降，过低的温度不能实现更好地的提高强度和耐腐蚀性的技术效果。以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。当前第1页12