铝钢异种材料电弧熔钎焊接技术

刘庆东

近年来，能源匮乏与环境问题越来越严重，这些压力也直接影响到汽车制造业。汽车车身的轻量化是目前汽车制造的研究热点之一。减轻车身重量是节约能源和减少有害气体排放的最基本途径之一：汽车每减重1%，可使油耗降低0.6%~0.8%，并减少1%的污染。车身轻量化的实现包括选用轻质材料、结构优化设计和先进制造工艺等三个方面。铝合金是应用相对成熟的轻质材料。目前在工业应用中，铝合金与钢的连接主要采用铆接、螺栓连接等机械连接方法，但这种接头重量大，拉剪强度低，不利于汽车车身的减重设计。采用传统熔化焊方法连接铝合金与钢，常常在过渡区形成脆性的金属间化合物，严重降低了接头强度。鉴此，本文研究了电弧熔钎焊接铝合金与镀锌钢板的连接技术：即严格控制热输入量，使接头铝材的一侧熔化，通过润湿作用与另一侧的镀锌钢板实现连接。实验采用钨极氩弧焊(TIG)和冷金属过渡焊(CMT)两种焊接方法实现熔钎焊，比较其在焊缝成型、接头拉剪强度和金属间化合物等的差异，探讨上述两种焊接方法的优劣。

根据等强度匹配原则，实验选用2mm厚的6061-T6铝合金板材和0.7mm厚的GMW2镀锌低碳钢钢板。将以上板材切成140mm×125mm的待焊试样，接头形式为搭接接头(铝板在上，钢板在下)，采用TIG和CMT两种方法进行熔钎焊，主要焊接参数如表1所示，焊接采用ER4043铝硅焊丝进行填缝。根据GB/T2651-2008焊接接头拉伸试验方法，在型号为MTS810万能材料试验机上进行拉伸实验，拉伸速率为1mm/min。
表1 焊接工艺参数

接方法	焊接电流/A	焊接速度 /(m·min-1)	焊丝直径 /mm	送丝速度 /(m·min-1)
TIG	75/100	0.28	1.2	5.7
CMT	67	0.5	1.2	4.4

使用TIG和CMT两种电弧熔钎焊接方法均可实现铝钢异种材料的连接。与自冲铆接相比，电弧熔钎焊接的接头强度较大，接头重量较小，因此在汽车车身轻量化的过程中，可以采用电弧熔钎焊方法进行车身铝钢材料的连接。其中CMT焊接方法相对于TIG有较好的焊缝成型性，有足够的余高进行后续加工，且接头拉剪强度值达到母材强度的85%，满足焊接接头的使用要求。

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