CN101434014B - 一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，通过在钢表面预涂这种钎剂层，配合使用铝-硅基填充焊丝，能够实现铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊优质连接。本发明以KAlF4和K3AlF6为基体，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：KAlF4+K3AlF6(30％-40％)加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2，能够改善界面化合物层形态特征，同时具有去除接头气孔、夹杂等缺陷的作用。
Description
(一)技术领域
本发明涉及焊接技术，具体说就是一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂。
(二)背景技术
铝及铝合金密度小、比强度高，具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性以及在低温下保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、交通运输、国防等工业部门得到了广泛的应用。不锈钢具有优良的塑韧性、冷热加工性能和耐腐蚀性能，大量应用于石油、化工、宇航及核工程等重要构件中。目前，对于特殊条件下工作的最新技术装备首要任务是获得铝合金/不锈钢优质焊接接头，然而，两者之间固溶度很低、热物理性能差异大，且极易反应生成脆性的金属间化合物，严重恶化了接头的力学性能，一直是焊接领域的难点问题。尽管采用冷/热压焊、搅拌摩擦焊、爆炸焊、扩散焊等固相焊接方法能够实现铝/钢异种金属的连接，但是这些焊接方法设备复杂，耗费高，对工件尺寸及焊接场所有严格的限制，使其难以在实际生产中得到广泛的应用。
近来，铝合金/不锈钢熔-钎焊方法是异种金属连接领域中的热门研究方向，熔-钎焊要求焊接电源能够实现对热输入的严格控制，主要有三类焊接方法：激光焊、电子束焊及电弧焊，其中电弧焊是最为常用的焊接方法，如果能够以普通电弧为热源实现铝及其合金与不锈钢异种金属的优质连接具有重要的意义。TIG熔-钎焊是以钨极氩弧为热源对铝合金与不锈钢工件进行加热，同时通过连续送进铝基焊丝填充接头，铝合金处于熔化状态，为熔焊结合，而不锈钢不熔化，液态钎料在固态钢表面进行润湿铺展-物化反应，为钎焊结合，即氩弧熔-钎焊的实质是熔化的铝及焊丝与固态的钢通过界面反应结合在一起的，焊接过程兼备熔焊和钎焊的双重特点。因此，液态钎料在钢表面良好的润湿铺展是实现铝合金/不锈钢电弧熔-钎焊连接的先决条件，然而电弧加热时间短，钢表面温度分布不均匀，钎料难以充分润湿铺展，是异种金属连接的一个难点问题。
发明专利(申请号200810063869.5)研制出了“一种用于铝与钢异种金属电弧熔钎焊的焊丝”，这种焊丝通过添加特殊元素，并配合特殊焊接工艺，能够实现铝及铝合金/钢的优质连接，但是这种钎料在钢表面的润湿铺展性还有待提高，焊接过程存在钎料铺展不良现象。为了促进钎料的润湿铺展，目前，最常采用的工艺措施是在钢表面镀层，如Zn、Ag等，然而镀层一般都很薄，在电弧加热条件下难以控制脆性相的生成，焊接过程不稳定，同时镀层工艺复杂，成本高，特别是在工件对接焊及局部修复、补焊过程中难以应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，通过在钢表面预涂这种钎剂层，配合使用铝-硅基填充焊丝，能够实现铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊优质连接。
本发明的目的是这样实现的：一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，以KAlF4和K3AlF6为基体，为了提高钎剂的粘性，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：
KAlF4+K3AlF6(30％-40％)
同时，加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2，能够改善界面化合物层形态特征，同时具有去除接头气孔、夹杂等缺陷的作用；
整个钎剂具体组成按质量百分比为：
KAlF4+(30％-40％)K3AlF6 30％-80％
Zn 10％-30％
Sn 10％-30％
K2SiF6 2％-10％
KBF4 0.1％-10％
K2ZrF6 0.1％-10％
SrF2 0.01％-5％
本发明一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，使用该钎剂的焊接方法如下：焊前将配置好的钎剂倒入容器中，用丙酮或无水乙醇调和成均匀的悬浮物状溶液，然后用细毛刷均匀地涂覆于清理干净的不锈钢表面，涂层厚度以盖住不锈钢底色为宜，在0.1-0.3mm左右，待钎剂层晾干(或吹干)后即可进行铝合金/不锈钢预涂层电弧熔-焊连接，接头形式为对接或搭接。
本发明一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，在钎剂中，KAlF4+(30％-40％)K3AlF6是钎剂的主要载体，相比较无腐蚀Nocolok钎剂，含有较多的K3AlF6成分，其中KAlF4在不锈钢表面具有良好涂敷性，K3AlF6具有较强的粘合性，两者配合使用能够获得较低的熔点，既能保证钎剂在钢表面的良好涂敷，也能够获得良好的粘合能力，避免在电弧吹力的作用下把钎剂从钢表面吹走。两者在焊接过程中能消除钎料和母材表面的氧化物，并保护工件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化，降低钎剂中Zn的挥发量，能够大大减小液态铝基钎料与固态不锈钢之间的界面张力，促进液态钎料在不锈钢表面的润湿铺展，
活性金属Zn、Sn是主要的添加金属，可以降低液态钎料与不锈钢之间的界面张力，增强钎料的润湿铺展，提高接头强度。K2SiF6是界面活性剂，可以增强钎剂的活性和粘性，促进钎料的润湿铺展，提高钎料在不锈钢表面的致钎性能。KBF4、K2ZrF6和SrF2能够去除焊缝中的气孔、夹杂等缺陷，并具有改善界面化合物层形态、特征的作用，其中B、Zr、Sr微量添加元素能够细化晶粒，提高Al-Fe金属间化合物的塑韧性，增强铝基钎料与不锈钢界面的结合强度，同时也能够进一步促进钎料的润湿铺展。
上面提出的钎剂是由8种成分构成，但是由其中5种成分组成的钎剂，即由KAlF4+(30％-40％)K3AlF6为基体、添加金属粉Zn、Sn及K2SiF6界面活性剂组成的钎剂，在实际焊接过程也能获得良好的润湿铺展效果。
(四)附图说明
图1为本发明铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊搭接接头图；
图2为本发明铝合金/不锈钢TIG熔-钎焊对接接头图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1，结合图1，本发明一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，其钎剂配方：(KAlF4+35％K3AlF6)60％，Zn 15％，Sn 15％，KBF4 6％，K2SiF6 4％；母材：铝镁合金和奥氏体不锈钢板，铝合金板厚2.0mm，不锈钢板厚1.0mm；采用交流TIG电源，选用铝硅共晶焊丝，进行搭接试验。结果表明：液态铝基钎料在不锈钢表面润湿铺展良好，获得的TIG熔-钎焊接头成形美观，焊缝气孔少，如图1所示；拉伸试验显示接头断裂于铝合金侧焊缝区，抗拉强度达到181.5MPa。
实施例2，结合图2，，本发明一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，其钎剂配方：(KAlF4+40％K3AlF6)45％，Zn20％，Sn 20％，KBF4 5％，K2ZrF6 5％，K2SiF6 5％；母材：5A06铝镁合金和SUS321不锈钢，板厚3.0mm；采用交流TIG电源，选用铝硅焊丝，试件开40°左右的V形坡口，钎剂均匀涂覆在不锈钢坡口处及上下表面(坡口附近)，进行对接试验。结果表明，钎剂能够起到良好的润湿铺展作用，对接接头成形良好，如图2所示；拉伸试验显示接头断裂于焊缝与不锈钢界面处，抗拉强度达到110.0MPa。
实施例3，本发明一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，以KAlF4和K3AlF6为基体，为了提高钎剂的粘性，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：
KAlF4+K3AlF6(30％-40％)
同时，加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2，能够改善界面化合物层形态特征，同时具有去除接头气孔、夹杂等缺陷的作用；
整个钎剂具体组成按质量百分比为：
KAlF4+(30％-40％)K3AlF6 30％-80％
Zn 10％-30％
Sn 10％-30％
K2SiF6 2％-10％
KBF4 0.1％-10％
K2ZrF6 0.1％-10％
SrF2 0.01％-5％
实施例4，本发明一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，使用该钎剂的焊接方法如下：焊前将配置好的钎剂倒入容器中，用丙酮或无水乙醇调和成均匀的悬浮物状溶液，然后用细毛刷均匀地涂覆于清理干净的不锈钢表面，涂层厚度以盖住不锈钢底色为宜，在0.1-0.3mm左右，待钎剂层晾干(或吹干)后即可进行铝合金/不锈钢预涂层电弧熔-焊连接，接头形式为对接或搭接。
Claims (1)
1.一种适用于铝合金/不锈钢异种金属电弧熔-钎焊的钎剂，其特征在于：以KAlF4和K3AlF6为基体，为了提高钎剂的粘性，基体配比中适当增加了K3AlF6的含量，其质量百分比偏离了Nocolok钎剂中的共晶成分(KAlF4+28％K3AlF6)点，具体组成为：
KAlF4+K3AlF6(30％-40％)
同时，加入一定量的Zn、Sn活性金属粉和K2SiF6界面活性剂，并添加了少量具有特殊功效的KBF4、K2ZrF6和SrF2，能够改善界面化合物层形态特征，同时具有去除接头气孔、夹杂等缺陷的作用；
整个钎剂具体组成按质量百分比为：
KAl F4+(30％-40％)K3AlF6 30％-80％
Zn 10％-30％
Sn 10％-30％
K2SiF6 2％-10％
KBF4 0.1％-10％
K2ZrF6 0.1％-10％
SrF2 0.01％-5％
所述的KAlF4、K3AlF6、Zn、Sn、K2SiF6、KBF4、K2ZrF6和SrF2，
其中各组分百分含量的总和为100％。
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