利用合适的保护气优化GMA钎焊

2014-08-05FatihSavgu俞行峰

电焊机 2014年5期

Fatih Savgu，俞行峰，王珩

(林德研发中心，上海 201206)

0 前言

在大范围的工业应用中，减少腐蚀损害变得愈发重要，涂层金属板的应用得到强化。在所有涂层当中，锌因其良好的耐腐蚀性能和加工简单等特性，成为保护性涂层市场的佼佼者。尽管锌对防腐保护起着十分积极的作用，但是也有一定的负面影响，尤其在热连接过程中更突出。就此而言，锌的劣势是其过低的汽化温度，仅为906℃，导致焊接过程中锌的大量挥发。这一现象不仅影响电弧和工艺的稳定性，形成不良焊点，而且会在焊缝两侧形成无保护的漏焊区域。在薄金属板上，尤其是汽车行业使用的薄金属板的两侧，也易形成类似的漏焊区域。

使用铜基钎料对涂层金属板进行电弧钎焊，可以解决或减少此类问题的产生。该钎料比钢钎料熔点更低，仅为450℃，所以消耗的热量更少，锌挥发随之降至最低，并且钎料具有防腐性能，可形成防腐焊缝。

在此主要围绕最新发展水平(前提、质量、限制)、未来需求(HSS和AHSS的连接)以及如何通过保护气体的选择改进焊接工艺等方面，对电弧钎焊展开说明。

1 镀锌钢的熔焊与钎焊对比

1.1 熔焊

在熔焊过程中，焊料与母材均被熔化。材料在焊接熔池内混合后，固化为焊缝。单位长度的熔焊耗能非常高，导致了锌的大量挥发。同时锌蒸汽会导致电弧不稳，产生细孔和飞溅。

镀锌钢熔焊的劣势:大量锌蒸汽;焊接工人锌热病;在工作场所产生片状锌粉;细孔;飞溅;电弧不稳定;焊接熔池下陷;裂缝;熔化不完全;电弧异常;形成无保护的焊缝区域。

1.2 钎焊

熔焊与钎焊的主要区别是钎焊时只有钎料被熔化，即钎料的液相线温度总是低于母材的固相线温度。钎焊时，母材不熔化，但是其表面会被液态钎料所润湿。钎焊可以在钎料的熔化温度条件下实现连接，并且由于钎焊过程中仅有钎料被熔化，其所需能耗远低于熔焊。

镀锌钢电弧钎焊的优点:保护涂层更少挥发;更少飞溅;耗能更低;防腐钎料;焊缝易打磨;少量(无)片状锌粉;锌热病风险降至最低;连接件变形更少。

GMA熔焊厚板的焊缝截面如图1所示，熔焊接头上母材和焊料的熔合线明显，而电弧钎焊接头上，母材与钎料呈清晰分离状。

图1 GMA焊接厚1 mm板的焊缝照片

3 电弧钎焊的构成要素

电弧钎焊主要包括以下四要素:焊接设备;母材;钎料;保护气体。

电弧钎焊的保护气体为含有少量O2或CO2的混合气体，也可使用纯氩气，汽车行业大多采用这一做法。但经证实，用SCu6560钎料对镀锌钢板进行电弧钎焊时，混合气体对工艺具有改进作用。氩气电弧易受影响使工件发生变形，更容易导致锌的挥发。活性成分可以稳定电弧，使之不易变形，并提高润湿特性。

2.1 气体改善润湿特性

气体改善润湿特性如图2所示。

图2 气体改善润湿特性

2.2 活性成分或氦气改善润湿特性

活性成分或氦气改善润湿特性如图3所示。

2.3 混合气体M13改善电弧钎焊焊缝

混合气体M13改善电弧钎焊焊缝如图4所示。

图3 活性成分改善润湿性

2.4 GMA钎焊适用的气体(ISO 14175:2008－06)

GMA钎焊适用气体有:I1(氩气);I3(氩/氦混合气体);M12(不高于2.5%的CO2+氩气或氩/氦混合气);M13(1%O2+氩气或氩/氦混合气)。

在使用SCu6560钎料对涂层钢板进行GMA钎焊时，活性成分对工艺具有很好的改善作用，可以提高工艺稳定性，改善焊缝外观，减少孔隙数量。经证实，含有混合气体的氦气与铜铝钎料搭配使用，优势明显。随着高强度钢板使用的不断增加，铜铝钎料的使用也随之增加。

图4 混合气体M13改善电弧钎焊焊缝

GMA钎焊，1.0 mm厚CP－W 1000+ZE上短弧，重叠接缝，CuAl5Ni2钎料，焊缝形貌如图5所示。

GMA钎焊，脉冲电弧，母材为CP－W 1000+ZE，钎料为CuAl5Ni2，φ1.2 mm，焊缝形貌如图6 所示。

图5 GMA钎焊，CuAl5Ni2钎焊缝形貌

图6 GMA钎焊，脉脱电弧，钎料CuAl5Ni2焊缝形貌

GMA钎焊，脉冲电弧，母材为430，钎料为CuAl5Ni2，φ1.2 mm，焊缝形貌如图7 所示。

GMA钎焊，脉冲电弧，母材为CP－W 1000+ZE，钎料为 S Cu 6560(CuSi3Mn1)，φ1.2 mm，焊缝形貌如图8所示。

3 应用领域

汽车行业对电弧钎焊来说是非常重要的行业，钎焊还拥有十分广泛的应用范围领域。总体来说，在所有薄钢板(厚度＜3.0 mm)连接之处，以及热变形、锌挥发或防腐等问题频发的领域，电弧钎焊均可应用。它可用于连接涂层或无涂层软钢，亦可连接高合金钢，唯一不足之处是对于奥氏体不锈钢来说容易产生钎焊裂纹。因此，铁素体不锈钢应成为GMA钎焊的首选不锈钢材。