铝合金和镀锌钢异种金属CMT焊接性分析

现冷 一热交 替 焊 接 ， 幅度 降 低 热 输 入 量 。这 一 创 新 大
工艺 热输 入量 小 、 形小 、 飞 溅 、 桥 能力 好 、 缝 均 变 无 搭 焊 匀一 致 、 焊接 速 度 高 、 行 成 本 低 ， 薄板 的 焊 接 提 供 运 为 了完 美 的解 决 方案 ， 已为 众 多欧 洲 国家 、 并 日本 和美 国 的公 司所 接受 和采 用 。
２ １ ０ ２年 第 １期 ３１
收 稿 日期 ： ０ １ １—２ ２ １ —１ ２
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（ ００ ０ １ 。 ５ ９５ ８ ）
俘
吻
一
Ａ×Ｃ Ｂ×Ｃ） ； 。通 过 这 部 分 试 验 结 果 的 分 析 找 出 最 优 的水 平 组合 。结 合 焊 接接 头力 学 性 能 测 试 、 头 的 显 接 微组 织观 察 以及 能谱分 析 （ Ｄ Ｘ）综合 分 析该 种 接 头 ＥＡ ，
表 ４ 考 虑 交互 作 用 ： Ａ×Ｂ， ×Ｃ。 Ａ Ｂ×Ｃ 的正 交试 验 结 果
１ １ ｌ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ２ ２ ２ ３ ３ ３ ｌ ｌ １３
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３２ ２ ０ ２年 第 １期 ７
试 验 中可 调 的工艺 参数 为 送 丝速 度 、 接 速 度 、 枪 偏 焊 焊
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第十六次全国焊接学术会议论文 ｒ＂ 曙掳 ６ ７ ９ ｍ ¨
大 。结 果 表 明 ： 当焊 枪 的偏 移距 离 为 ０时 ， 焊缝 成 形 最
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８． ６ ４９
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验 因 素 和水 平 如表 ２ 示 （ 虑 因素 交 互 作 用 ： ×Ｂ； 所 考
图 １ 焊 接 接 头 形 式 示 意 图 表 ２ 正 交试 验 的 各 因素 和 水 平
图 ２ 拉伸 试样 示意图
２ 试 验 结果 及分 析 ２ １ 正 交试 验结 果及 分 析 ．
最 大 ， 的 ３个水 平不 同对 载荷影 响很 大 ， 它 以第 ２水平 最 大， 又因为它 与别 的因素 没 有交 互 作 用 ， 以决定 选 可 因素 ， 以及他们 之 间的交互 作 用和 Ｃ的交 互作 用 很 Ａ、 重要 ， 互 作 用 Ａ×Ｂ， Ａ ＸＣ的 影 响 结 果 如 图 ３ 交 Ｂ ＸＣ， 所示 。得 到最佳 的焊 接 规 范参 数 ： 送丝 速 度 ６ ０～ ． ． ７０ ｍ ｒ ｎ 焊 接 速 度 ６ ５—７ ｍ ｓ 偏 离 距 离 １ ５—２ ５ ／ ｉ， ａ ． ｍ／ ， ． ． ｍｍ， 载荷 达到 ３ ８— Ｎ， 本 达到 １ｍｍ铝 板与 １ｍ ． ４ｋ 基 ｍ 铝板 搭 接接 头 的抗拉 强度 ， 且断 裂在 铝板 一侧 。 并
１ 试 验材料 及 方法
（ ）焊接 变形 大 。 ３
（ ）焊接 接头 容 易产生 裂纹 。 ４
在钢 与铝 或 铝 合 金 的焊 接 过 程 中 ， 产 生 各 种 金 会
属 间化合 物 ， 这就增 加 了焊缝 的脆 性 ， 降低 了焊 缝 的 塑
１ １ 试验 材料 ．
性 和 韧性 。采 用 一 般 的熔 焊 方 法 时 ， 以上 这 些 因素 给
钢和 铝或 铝 合 金 的 焊接 性 较差 ， 焊 接 时 存 在 以下 问 故
题 Ｅ ： 。 一
（－ 接接 头容 易氧 化 。 １ ）焊
（ ）焊缝 成分 不 均匀 。 ２
铝 一钢焊 接 技 术 的 发 展 有 重 大 意 义 ， 是 铝 一钢 但 焊接 又存 在很 多难 点 ， 于 文 中重 点研 究 铝 钢 Ｃ 基 ＭＴ方 法， 焊接 的工 艺技术 以及 相关 的 内在机 理 。
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３． ３９
２ ３ １ ３ ｌ
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４． ５ ２０ ３． ０ ４４
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４． ４６ ２ ２． ４ ８８
试 验 结果 极 差分 析 Ｒ ＝ｄ ｒ ｒ 因素 每 个水 平 Ｒ√ （ 为 试 验重 复数 ； ｄ折算 系数 ， 因素水平有关 。折算系数 如 与 ）
表 ３所 示 。考 虑 因素 交互 作 用 的正交 分 析 如表 ４所 示 。 根据极 差 的大小 （ ５ 得 出因素 的排序 为 Ｆ＞ Ａ× 表 ） Ａ＞ Ｂ ＞ Ｂ＞Ｂ×Ｃ＞ ＞ Ｄ Ａ ＸＣ＞Ｇ＞ Ｅ＞Ｃ， 可见 因素 Ｆ的影 响
表 １ 铝 和 钢 的 物 理 性 能
１ ２ 试验 方法 ．
字化 Ｃ ＭＴ焊机对铝和镀锌 钢板进行搭接 焊 。焊前 ， 先用
试验采 用奥地利 Ｆｏ ｉ 公 司生产 Ｔ Ｓ２ ０系列数 ｒ ｕ ｎｓ Ｐ３０
砂纸 和钢丝刷将铝 合金试 件 表 面的氧 化 膜去 除 ， 用丙 再 酮去 除铝合金 和镀 锌钢 板上 的水 渍 和油 污 ， 最后 对 清洗 后 的铝合金分别 进行碱洗 和酸洗 。将表 面处 理干净 的试 板 组合成 搭 接 接 头 （ ０ １铝 合 金 板 在 上 ， 锌 钢 板 在 ６６ 镀
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关键 词 ： 冷金属过渡 中 图 分类 号 ： Ｔ ４ ４ Ｇ ５ 熔钎焊 组 织特 征 力学－ ｌ 生能
０ 前
言
可 以应用 于 已知 的所有 可 焊接 材 料 ， 微 电子 器 件 、 如 机
车制 造行 业 、 天 领域 及 桥 梁 和钢 结 构 。 Ｃ 航 ＭＴ工 艺 将 焊丝 的运 动 同 熔滴 过 渡过 程 相 结 合 ， 焊 接 过 程 中实 在
进行 了异种材料冷金属 过渡（ ＭＴ 熔钎 焊连接 ， Ｃ ） 研究 了工 艺参数 、 焊丝成分 以及镀锌 层厚 度对焊缝 表 面成 形和接
头力学性 能的影 响。铝／ 镀锌钢板 Ｃ Ｔ熔钎焊 的接头为典 型 的搭 接接头 ， Ｍ 在整 个焊接 过程 中 ， 和锌很好 的起 到 硅
了促进熔化 的铝在钢板表面润湿和铺展 的作用 。通过试验得 出理想 的工艺参数 ， 可以得到 良好 的焊接接头。
第 十六次全国 焊接学术会议论文 ｒ 蜉掳
铝合金和镀锌钢异种金属 Ｃ ＭＴ 焊 接 性 分 析
兰州理 工 大学 甘 肃省有 色金属 新 材料 省部 共建 国家重点 实验 室 （ ３ ０ ０ ７ ０５ ）
摘要
曹
睿
余
刚
陈剑虹
针 对汽车工业中铝合金和镀锌钢板的轻量化结构制造 ， 利用正交试验法对铝合 金与镀锌钢 薄板搭接件
８． ７ ８６
４． ２ ８４
２
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２． ９０ ７
０
４． ７８ ７
０ ５． ５ ５
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２． ８４ ７
１ １
２ ３ ２ ３
３． ３ ５ ４ ３． ９２ ９
０ ４． ９８ ４ １９ ． ６０ ２． ４０ ０
６． ４ ５ ６
３ ３
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４． ５ ５０
２． ２ ４１
４． ６ ３２ ２． ２ ４１ １ ９８ ． ８ ０ ２． ６ ７６ ３． ２ ０１
可 以看 到镀 锌 钢板 颜 色 略 有 变 化 ， 表 明其 镀 锌 层 被 这 烧损 较少 ， 利于 保持 镀锌 钢板 的抗 腐蚀 性 。 有
２ ２ １ 工艺参 数 对焊缝 成 形 的影 响 ．． 焊 接 工艺 参 数 的选 择 对 焊 缝 成 形 有 很 大 的影 响 ，
的 、 飞溅 的 窄而低 的鱼 鳞状 焊 缝 ， 焊 接接 头 的背 面 无 从
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１６ ． ６４
两者 之 间的 连 接 造 成 了 困难 。若 采 用 其 他 焊 接 方 法 ，
试验 材料 为镀锌 层厚 度 （ 面 质量 ） 单 分别 为 ４ ，０ ０６ ， １０ｇｍ 镀锌 钢板 和 ５ ８ ，０ １７７ ２ ／ １３６６ ，０ ５铝 合 金 板 ， 有 所
板材 规格 均为 ２ ０ｍｍ×１０ｍｍ Ｘ１ｍ 选 用牌 号分 别 ０ ０ ｍ，
为 ４ ４ ，０ ７和 ５ ５ ０ ３４４ ３ ６的焊 丝 ， 丝 直 径 为 １２ ｍ 铝 焊 ． ｍ。
比如压 力 焊 和钎 焊 Ｊ接 头 的形 状 受 到 限制 ， 效率 也 ， 且
大大 降低 。 冷金 属过 渡 （ ＭＴ 技 术 有 广 泛 的应 用 领 域 ， 乎 Ｃ ） 几
和钢 的物理性 能如 表 １ 示 。 所
为 了减 少 污 染 、 约 能 源 ， 车 工 业 通 过 引 进 一 节 汽
些 铝合 金 来 代 替 车 身 部 分 的 钢 结 构 。 铝 合 金 的 引 入 解决 了很 重 要 的 问题 ＿ 。铝 合 金 本 身 焊 接 就 很 难 ， １ ］ 异
种金 属 之 间 的焊 接 通 常要 比同 种 金 属 的焊 接 更 困难 。
７． ２ ４ ６ ０ ８． ２ ７４ ３． ２ ９ ４． ２ ３ ７． ５２ ５ ７． ７８ ９
连接 的内在 机理 ， 力学 性能 测试 示 意 图 ， 图 ２所 示 。 如
下） 。采 用 正 交 设 计 法对 铝 一钢 进行 焊 接 ， 用 Ａ 气 采 ｒ
保 护 ， 流量 为 ２ ／ ｉ， 其 ０Ｌ ｒ ｎ 焊接 接 头形 式 ， 图 １ 示 。 ａ 如 所 通 过 正 交 设 计 得 到 最 优 的 焊 接 工 艺 参 数 ， 交 试 正
１ １ １ １ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ３
加
移 距离 和 电弧 电压 。正 交 试验 结 果 可 知 ， 丝 速度 、 送 焊
３
此时 在 小 下 ２ ２ ３ 良好 接 速度 、 枪 偏 移 距 离 和 电 弧 电压 对 焊 缝 成 影 响较 ２ 好 。 ３ ， 较 ３ 的１焊 接 热 输 入 ２ 就 能 获 得 成 形 ３ ３ 焊 ｌ １ 形 １ ２ ２ ３ １ ｌ
表 ３ 折 算 系数 表 ①
注 计 算 时 选 取 ｍ ３的折 算 系数 ０ ５ 。 ・２
．
２ ２ 焊缝 成形 与 接头 形式 ． 焊接 过程 中通 过 对 焊 接 工 艺 参 数 的优 化 ， 而 得 从
到较好 的焊 缝 成形 。焊 接试 样 的焊缝 表 面成 形 ， 图 ４ 如 所 示 ， 头 的 正 面 成 形 美 观 ， 头 表 面 形 成 连 续 均 匀 接 接