[发明专利]钢与铝合金异质电阻钎焊方法

说明书

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℃时，铁在铝中的溶解度为0.053％；共晶温度在225～600℃时，溶解度为0.01%～0.022%；在室温时，溶解度为0.002%。

(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℃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Fe₂A_l7(Al的质量分数为62.93%)、Fe₂Al₅(Al的质量分数为54.71%)等，其中只有Fe₂Al₅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)焊缝成分不均匀。由于钢的熔点比铝的熔点高(钢为1530℃，铝为660℃)，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匀。

(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、FeAl₂、FeAl₃、Fe₂Al₅及Fe₂Al₇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Fe-Al金属间化合物的厚度，但是不能从根本消除Fe-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Fe-Al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7000~14000A，焊接时间为10C~50C，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。