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ＣＭＴ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（７３００５０）　曹睿余刚陈剑虹　摘要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　进行了异种材料冷金属过渡（ＣＭＴ）熔钎焊连接，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ＣＭＴ熔钎焊的接头为典型的搭接接头，在整个焊接过程中，硅和锌很好的起到　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。　关键词：　冷金属过渡熔钎焊组织特征力学－ｌ生能　中图分类号：ＴＧ４５４　０前　言　为了减少污染、节约能源，汽车工业通过引进一　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＿１］。铝合金本身焊接就很难，异　种金属之间的焊接通常要比同种金属的焊接更困难。　钢和铝或铝合金的焊接性较差，故焊接时存在以下问　题Ｅ。一　：　（１－）焊接接头容易氧化。　（２）焊缝成分不均匀。　（３）焊接变形大。　（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，这就增加了焊缝的脆性，降低了焊缝的塑　性和韧性。采用一般的熔焊方法时，以上这些因素给　两者之间的连接造成了困难。若采用其他焊接方法，　比如压力焊和钎焊　Ｊ，接头的形状受到限制，且效率也　大大降低。　冷金属过渡（ＣＭＴ）技术有广泛的应用领域，几乎　可以应用于已知的所有可焊接材料，如微电子器件、机　车制造行业、航天领域及桥梁和钢结构。ＣＭＴ工艺将　焊丝的运动同熔滴过渡过程相结合，在焊接过程中实　现冷一热交替焊接，大幅度降低热输入量。这一创新　工艺热输入量小、变形小、无飞溅、搭桥能力好、焊缝均　匀一致、焊接速度高、运行成本低，为薄板的焊接提供　了完美的解决方案，并已为众多欧洲国家、日本和美国　的公司所接受和采用。　铝一钢焊接技术的发展有重大意义，但是铝一钢　焊接又存在很多难点，基于文中重点研究铝钢ＣＭＴ方　法，焊接的工艺技术以及相关的内在机理。　１　试验材料及方法　１．１　试验材料　试验材料为镀锌层厚度（单面质量）分别为４０，６０，　１２０　ｇ／ｍ　镀锌钢板和５１８３，６０６１，７０７５铝合金板，所有　板材规格均为２００　ｍｍ×１００　ｍｍ　Ｘ　１　ｍｍ，选用牌号分别　为４０４３，４０４７和５３５６的焊丝，焊丝直径为１．２　ｍｍ。铝　和钢的物理性能如表１所示。　表１铝和钢的物理性能　１．２试验方法　试验采用奥地利Ｆｒｏｎｉｕｓ公司生产ＴＰＳ３２００系列数　收稿日期：２０１１—１１—２２　基金项目：国家自然科学基金项目（５０９０５０８１）。　字化ＣＭＴ焊机对铝和镀锌钢板进行搭接焊。焊前，先用　砂纸和钢丝刷将铝合金试件表面的氧化膜去除，再用丙　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（６０６１铝合金板在上，镀锌钢板在　２０１２年第１期　

３１　俘　吻　一　下）。采用正交设计法对铝一钢进行焊接，采用Ａｒ气　保护，其流量为２０　Ｌ／ｒａｉｎ，焊接接头形式，如图１所示。　通过正交设计得到最优的焊接工艺参数，正交试　验因素和水平如表２所示（考虑因素交互作用：　×Ｂ；　图１　焊接接头形式示意图　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、接头的显　微组织观察以及能谱分析（ＥＤＡＸ），综合分析该种接头　连接的内在机理，力学性能测试示意图，如图２所示。　

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　试验结果极差分析Ｒ　＝ｄＲ√ｒ（ｒ为因素每个水平　试验重复数；ｄ折算系数，与因素水平有关。）折算系数如　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（表５）得出因素的排序为Ｆ＞Ａ＞Ａ×Ｂ　＞Ｂ＞Ｂ×Ｃ＞Ｄ＞Ａ　Ｘ　Ｃ＞Ｇ＞Ｅ＞Ｃ，可见因素Ｆ的影响　最大，它的３个水平不同对载荷影响很大，以第２水平最　大，又因为它与别的因素没有交互作用，可以决定选　因素，Ａ、　以及他们之间的交互作用和Ｃ的交互作用很　重要，交互作用Ａ×Ｂ，Ｂ　Ｘ　Ｃ，Ａ　Ｘ　Ｃ的影响结果如图３　所示。得到最佳的焊接规范参数：送丝速度６．０～７．０　ｍ／ｒａｉｎ，焊接速度６．５—７　ｍｍ／ｓ，偏离距离１．５—２．５　ｍｍ，载荷达到３．８—４　ｋＮ，基本达到１　ｍｍ铝板与１　ｍｍ　铝板搭接接头的抗拉强度，并且断裂在铝板一侧。　表３折算系数表①　注　计算时选取ｍ　３的折算系数０・５２。　．　２．２焊缝成形与接头形式　可以看到镀锌钢板颜色略有变化，这表明其镀锌层被　焊接过程中通过对焊接工艺参数的优化，从而得　烧损较少，有利于保持镀锌钢板的抗腐蚀性。　到较好的焊缝成形。焊接试样的焊缝表面成形，如图４　２．２．１　工艺参数对焊缝成形的影响　所示，接头的正面成形美观，接头表面形成连续均匀　焊接工艺参数的选择对焊缝成形有很大的影响，　的、无飞溅的窄而低的鱼鳞状焊缝，从焊接接头的背面　试验中可调的工艺参数为送丝速度、焊接速度、焊枪偏　３２　２０　

７２年第１期　第十六次全国焊接学术会议论文ｒ曙掳　移距离和电弧电压。正交试验结果可知，送丝速度、焊　接速度、焊枪偏移距离和电弧电压对焊缝成形影响较　大。结果表明：当焊枪的偏移距离为０时，焊缝成形最　好。此时，在较小的焊接热输入下就能获得成形良好　表４考虑交互作用：Ａ×Ｂ，Ａ×Ｃ。Ｂ×Ｃ的正交试验结果　１　１．７２６　２　４．２９２　３　４．２５０　３　３．４４０　１　０　２　Ｏ　２　０　３　０　１　０　３　４．５５０　１　２．４１２　２　２．７９０　２　０　３　２．７８４　１　３．５３４　１　３．９９２　２　０　３　４．４９８　２　１．９６０　３　２．０４０　１　３．９００　１　４．０２０　２　３．９７６　３　０　３　２．４００　１　３．９９２　２　３．８８８　１．６６４　４．２７６　４．２４６　２．８８４　Ｏ　０　０　０　０　４．３２６　２．４１２　１．９８８　０　２．７６６　３．０１２　３．４３４　０　４．２２６　１．９６０　２．２８０　３．６５２　３．９５８　３．８４８　０　２．４ｌ６　３．９９２　４．１８８　３．３９　８．５６８　８．４９６　６．３２４　０　０　０　０　０　８．８７６　４．８２４　４．７７８　０　５．５５　６．５４６　７．４２６　０　８．７２４　３．９２　４．３２　７．５５２　７．９７８　７．８２４　０　４．８１６　７．９８４　８．０７６　２Ｏｌ２年第１期　３３　１　２　３　３　１　２　２　３　１　２　３　１　１　２　３　３　１　２　３　１１　２　３　３　１　２　２　３　１　ｌ　２　３　３　１　２　２　３　１　１　２１　２　３　２　３　１　３　１　２　３　１　２　１　２　３　２　３　１　２　３１　２　３　２　３　１　３　ｌ　２　２　３　ｌ　３　１　２　１　２　３　３　ｌ１　２　３　２　３　１　３　１　２　１　２　３　２　３　１　３　１　２　１　２１　２　３　１　２　３　１　２　３　３　ｌ　２　３　１　２　３　ｌ　２　２　３１　２　３　１　２　３　１　２　３　２　３　１　２　３　ｌ　２　３　１　３　ｌｌ　２　３　１　２　３　ｌ　２　３　１　２　３　１　２　３　１　２　３　ｌ　２１　ｌ　１　２　２　２　３　３　３　３　３　３　１　ｌ　１　２　２　２　２　２１　１　ｌ　２　２　２　３　３　３　２　２　２　３　３　３　ｌ　ｌ　１　３　３ｌ　１　１　２　２　２　３　３　３　１　１　ｌ　２　２　２　３　３　３　１　ｌ１　１　１　１　１　１　１　１　１　２　２　２　２　２　２　２　２　２　３　３２　４　６　７　９　ｍ　¨　＂　加