CN102500958A - 一种无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法及制备模具，包括制取带钎剂线坯、浇铸配置挤压坯锭、在模具中挤压挤压坯锭成空芯管材，挤压空芯管材的同时，将带钎剂线坯填入空芯管材内，制取无缝药芯锌铝合金焊丝线坯，无缝药芯锌铝合金焊丝线坯经拉拔减径成为无缝药芯锌铝合金焊丝。本发明制备的无缝药芯锌铝合金焊丝钎剂重量百分比含量为10～18%；获得的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯可以无限长度，大幅度提高后续拉拔减径效率；径向挤压出空芯管材，可以对合金组织起到一定的ECPA（等通径转角挤压）的细晶作用，使合金材料的拉拔性能更佳；本发明的无缝药芯锌铝合金焊丝制备方法，及模具生产效率高、成材率高、钎剂损失少易于储存。

Description

一种无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法及模具

技术领域

本发明属铜铝异种材料表面自钎焊丝加工技术领域，涉及一种无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法及设备。

背景技术

铜是人类最早开始使用的金属，铜以优异的性能几乎可以在所有领域广泛应用，但进入21世纪，铜的消耗与其资源之间的矛盾也日益突出。我国是铜资源匮乏的国家，也是铜资源消耗大国，因此全球铜资源的短缺及其需求的高增长，导致铜价格持续大幅的上涨。而铝与铜在导电和热传输方面有相近的功能，且铝的价格和密度只有铜的三分之一左右，因此铝作为铜的主要替代材料，具备了广泛的市场基础，也促进了铝代铜领域的不断拓展。目前铝主要在电气、变压器、电线、冰箱、空调、各类散热器等领域替代铜材料，且在不断完善和持续推广应用。在上述领域中，许多企业通过技术更改，把内部件由原来的铜材料改为铝材料，而外端仍用铜材，采用相应的焊接技术将内部件的铝材料和外端的铜材料进行焊接。目前采用的焊接技术主要有钎焊、接触焊、压接—扩散复合连接，由于钎焊无需复杂的专用设备和高的技能，以及可靠的焊接质量，已逐渐为本领域所认可，因此钎焊用于铜和铝材的连接最为广泛和成熟。而钎焊所用的焊丝以锌铝合金为主，中间包裹的钎剂为多种氟化物组成的共晶分子熔盐，其重量百分比含量为10—20%，经过多年的技术发展和改进，该种钎焊用焊丝的成分和生产技术性能已能基本满足铜铝异种材料之间的钎焊技术性能需求。

用于铜铝异种材料之间焊接、内裹钎剂的药芯锌铝合金焊丝，目前生产工艺较为常用的分为以下三种：

1、带材卷制工艺：将锌铝合金带材轧制成C型槽，在C型槽内填入钎剂，经拉拔模闭合成O型管，再经拉拔到所需线径的焊丝。此工艺可以实现连接生产，焊丝的长度几乎可以是无限制，因此生产效率高，但其闭合的O型管缝是未经焊合的，在卷绕过程易开裂而漏粉，外界水份极易通过闭合缝与钎剂产生吸水氧化，络合水解失效导致焊丝无法使用。

2、空芯管材填粉工艺：采用目前挤压空芯铝管的技术，先将锌铝合金挤压成一定长度的空芯管材，一端封闭，然后将粉状钎剂通过另一端填入管孔内，填毕封闭端口，再经拉拔减径至所需线径焊丝。该工艺由于需将粉状钎剂填入管孔内，因此管材的长度受到限制。一般长度在5-7米，填入钎剂后的管材无法对焊连接，需对每根管材单独拉拔到所需线径。因此后继拉拔减径效率十分低下，无法实现连续高效生产。另外，由于空芯管材目前一般采用两室组合模挤压制取，因此空芯管材有两条对称焊合缝，在挤压工艺不是十分稳定或合金元素较多时，会使焊合缝存在焊合不佳的现象。致使拉拔减径过程开裂成为废品。另外由于空芯管材填装钎剂无法严密压实，因此含有一定的空气，使用时易产生炸火和不稳定现象。

3、挤压坯锭填粉挤压法：即将锌铝合金浇铸成长度和直径比为2～3:1的挤压坯锭，然后沿挤压坯锭轴心线加工出一个或多个盲孔，在盲孔内填入粉状钎剂，再经挤压机挤成一定直径的线坯，线坯经拉拔减径到所需线径的焊丝。该工艺存在单颗挤压坯锭重量有限，每个挤压坯锭只能挤压成一根线坯，且线坯之间在挤压或拉拔减径过程中无法通过焊合对接。因此不仅同样存在加工效率低下，无法实现连续高效生产，而且还存在焊丝钎剂断空隐患。另外由挤压坯锭内填入的钎剂无塑性流变性能，因此挤压坯锭的挤压比不能过大，一般控制在2.5以下，进一步制约的挤压坯锭的重量。

上述生产工艺2和3，由于采用单根线坯拉拔减径，其重量受到限制，当包装重量变化时，含有多余不足包装重量的产品只能作废品处理，进一步降低了其成品率。

药芯锌铝合金焊丝最早出现于2002年，虽然近几年来有关药芯锌铝合金焊丝的研究在不断深入，也有许多有关该产品的最新报道，如德国ALCOS公司在2007年推出了最新药芯锌铝合金自钎焊丝产品，在合金和钎剂成分有所突破，但生产工艺未有突破，仍沿用空芯管材填装钎剂的生产工艺。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种可连续生产且成材率高的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法及模具。

本发明解决现有问题制备无缝药芯锌铝合金焊丝的方法，步骤如下，

（1）选用含铝5～20%wt、厚度为0.5～0.9mm、带宽根据所需线坯的直径确定的锌铝合金带材，将该锌铝合金带轧制成C型槽，填入钎剂粉料后，经拉拔模闭合成O型管，制成所需要的带钎剂线坯；

（2）浇铸长度与直径之比为2.0～3.5:1、直径不超过φ83mm的挤压坯锭，并切除浇铸口，配制所需成分的锌铝合金挤压坯锭；

（3）将步骤（2）中制成的锌铝合金挤压坯锭在径向挤压制取空芯管材的模具上，制取内孔与步骤（1）带钎剂线坯同径或小于带钎剂线坯0.1mm空芯管材，带钎剂线坯穿插于模具内构成空芯管材的芯部，空芯管材制取的同时其内孔壁夹带带钎剂线坯，并持续夹带带钎剂线坯，制成无缝药芯锌铝合金焊丝线坯，前后陆续挤压的挤压坯锭在挤压过程中完成焊合连接。

（4）将步骤（3）制取的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯，经拉拔减径至所需的线径，即为无缝药芯锌铝合金焊丝。

作为本发明方法的进一步改进，步骤（1）中铝合金中添加有提高铝合金强度的微量镁；步骤（2）中铝含量不高于20%wt和/或其它改良元素的添加量不超过1.0%，其优选为铝含量为2～15%wt，其它改良元素的添加量不超过0.5%。

作为本发明方法的进一步改进，步骤（3）中径向挤压出管材的模具制取空芯管材，制取无缝药芯锌铝合金焊丝线坯具体如下，将步骤（2）中挤压坯锭放置于模筒所设的挤压孔内，加热挤压坯锭及模具至100-280℃；启动挤压模具，设置于模筒挤压孔内的挤压杆将挤压坯锭挤压成物料，模筒底部设有相配合外径成型模、内孔成型模、斜面模，挤压杆、外径成型模、斜面模共同作用下，物料从内孔成型模与外径成型模的间隙挤出，形成空芯管材，内孔成型模所设的通孔内穿插有步骤（1）中的带钎剂线坯，空芯管材内孔壁夹带带钎剂线坯，并持续夹带带钎剂线坯，形成无缝药芯锌铝合金焊丝线坯；一颗挤压坯锭挤压完毕，挤压下颗挤压坯锭，在挤压过程中完成挤压坯锭间的焊合连接。上述的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯中,钎剂重量百分比含量为10～18%。

上述的加热挤压坯锭及模具至150-250℃。上述的挤压孔与挤压杆公差配合为H6/g5，斜面与垂直轴线的夹角为40-45°，上述的挤压杆直径为φA，φA比挤压坯锭大1-2mm，内孔成型模及外径成型模与模筒采用M型螺纹连接，连接的螺纹尺寸为值c，其值c=0.42～0.48φA。

本发明还提供了一种锌铝合金焊丝的制备模具，包括模筒，模筒内设有挤压孔及与挤压孔配合的挤压杆，模筒上设有外径成型模、与外径成型模相配合的内孔成型模，挤压孔底部设有与挤压杆、内孔成型模、外径成型模相配合的斜面模，内孔成型模与外径成型模之间设有合金物料挤出形成空芯管材的间隙，作为改进,所述的内孔成型模设有穿插带钎剂线坯的通孔，所述的带钎剂线坯穿过通孔至外径成型模内，填充到所述空芯管材的内芯，构成空芯管材的带钎剂芯部。

作为本发明设备的进一步改进，上述的挤压孔与挤压杆公差配合为H6/g5；上述的挤压杆直径为φA，内孔成型模及外径成型模与模筒采用M型螺纹连接，连接的螺纹尺寸为值c，其值c=0.42～0.48φA，然后将所得c值圆整至最靠近的相应标准螺纹直径数值，螺距选取值为2mm。

本发明的方法及制备模具与现有技术相比较，其有益效果是：

1、本发明制备的无缝药芯锌铝合金焊丝钎剂重量百分比含量为10～18%。

2、挤压获得的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯几乎可以是无限长度，可以大幅度提高后续拉拔减径效率。

3、本发明挤压模具制备的空芯管材沿轴线方向只有一条焊合缝，在拉拔减径过程中，无缝药芯锌铝合金焊丝线坯头部轧尖穿模时不易开裂漏粉，而现有技术挤压制取的空芯管材沿轴向有两条或两个以上的焊合缝，在拉拔减径过程中，管材轧尖穿模时易形成开裂而使整根挤压管材报废。

4、本发明在制取带钎剂线坯时，带钎剂线坯经一道次拉拔，钎剂已被压实，内部空气几乎排尽，因此使用过程不会产生炸火现象。

5、本发明采用径向挤压出空芯管材的技术方案，可以对合金组织起到一定的ECPA（等通径转角挤压）的细晶作用，使合金材料的拉拔性能更佳。

综上所述，本发明所述的一种无缝药芯锌铝合金焊丝制备方法，具有生产效率高、成材率高、钎剂损失少和易于储存的特点。

附图说明

图1是本发明挤压坯锭径向挤压出空芯管材的示意图。

图2是本发明斜面模的剖视图。

图3是本发明斜面模的示意图。

图4是本发明物料挤压成空芯管材的示意图。

具体实施方式

参见图1-3，本实施方案制取的无缝药芯锌铝合金焊丝，其钎剂重量百分比为12%，铝15%，锌余量，管材直径为Φ15mm，焊丝直径为Φ2mm。

步骤1  选用含铝重量百分比为15%、镁0.005%、余量为锌的锌铝合金带材，该带材厚度为0.7mm，宽度27.4mm，制取直径为Φ8.5mm取带钎剂线坯4。将锌的锌铝合金带材轧成C型槽、填装粉状钎剂、闭合成O型管和拉拔一道（减径量为3%），制得直径为Φ8.5mm带钎剂线坯4待用。

步骤2  配置浇铸长度为155mm、直径为Φ62mm挤压坯锭，切除浇口待用，其中，铝的重量百分比含量为15%，余量为锌。

步骤3  采用图1所示的径向挤压出管材的模具，挤压杆1的直径φA取值为φ64mm，模筒6孔径也为Φ64mm，外径成型模8的定径空直径尺寸为φ15mm，内孔成型模5和外径成型模8与模筒的连接螺纹选定为M30×2，斜面模7的斜面与垂直轴线的夹角为40°，具体操作如下：

（1）将内孔成型模5和外径成型模8的间隙t初步调整至图1所示t=3.4mm的位置。

（2）将图1所示模具和挤压坯锭加热到160 oC±10 o，挤压坯锭需保温30分钟以上，将达到加热要求的挤压坯锭放入模筒6内，开启挤压机，推动挤压杆1下行，使挤压坯锭变形形成的物料2充满模筒6挤压孔内各处空间，最终从内孔成型模5和外径成型模8的间隙t处挤出，如图3所示，成为空芯管材9。

（3）测量挤出的空芯管材内孔φd尺寸，其值为φ8.15mm，按图1所示旋转外径成型模8，调整间隙t，减小t的间隙数值，然后开启挤压机继续挤压，使挤出的空芯管材长度大于200mm，停止挤压并测量空心管材的内孔直径φd，其值为φ8.35mm，再次按逆时针旋转外径成型模8约2°，开启挤压机继续挤压，使挤出的空芯管材的长度大于200mm，停止挤压并测量空心管材的内孔直径φd，其值为φ8.43mm，空芯管材的内孔φd尺寸已调整至φ8.4～φ8.5mm范围内，可以进入下一步操作。

（4）将上述步骤1制取的φ8.5mm带钎剂线坯1插入内孔成型模5的通孔，并直达空芯管材9的内孔壁为止，继续开启挤压机，在挤压成型过程中，带钎剂线坯4受到空芯管材9内孔壁的夹带，而被持续不断带入空芯管材9内，最终挤压成型的管材内部已夹带了所需要钎剂，即为无缝药芯锌铝合金焊丝线坯3，其外径φB为15mm，钎剂含量为12%wt。当一颗挤压坯锭挤压完毕后，进行下颗挤压坯锭的挤压，挤压坯锭在挤压过程中完成坯锭间的焊合连接。

步骤4、将上述步骤3制得的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯3，经常规拉拔减径工艺加工至φ2.0mm，即为本发明的无缝药芯锌铝合金焊丝。

本发明不局限于上述实施例，在实际应用中，可以根据不同的合金成分、焊丝线径要求、挤压设备、模具尺寸等，选择上述实施例，或除上述实施例以外的参数、挤压设备和模具尺寸等，但均不宜任何形式限制本发明的范围。

Claims (10)

1.无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：步骤如下，

（1）选用含铝5～20%wt、厚度为0.5～0.9mm、带宽根据所需线坯的直径确定的锌铝合金带材，将该锌铝合金带轧制成C型槽，填入钎剂粉料后，经拉拔模闭合成O型管，制成所需要的带钎剂线坯；

（2）浇铸长度与直径之比为2.0～3.5:1、直径不超过φ83mm的挤压坯锭，并切除浇铸口，配制所需成分的锌铝合金挤压坯锭；

（3）将步骤（2）中制成的锌铝合金挤压坯锭在径向挤压制取空芯管材的模具上，制取内孔与步骤（1）带钎剂线坯同径或小于带钎剂线坯0.1mm空芯管材，带钎剂线坯穿插于模具内构成空芯管材的芯部，空芯管材制取的同时其内孔壁夹带带钎剂线坯，并持续夹带带钎剂线坯，制成无缝药芯锌铝合金焊丝线坯，前后陆续挤压的挤压坯锭在挤压过程中完成焊合连接；

（4）将步骤（3）制取的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯，经拉拔减径至所需的线径，即为无缝药芯锌铝合金焊丝。

2.如权利要求1所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（1）中铝合金中添加有提高铝合金强度的微量镁。

3.如权利要求1所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）中铝含量不高于20%wt和/或其它改良元素的添加量不超过1.0%。

4.如权利要求1或3所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）中铝含量为2～15%wt，其它改良元素的添加量不超过0.5%。

5.如权利要求1所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：步骤（3）中径向挤压出管材的模具制取空芯管材，制取无缝药芯锌铝合金焊丝线坯具体如下，将步骤（2）中挤压坯锭放置于模筒所设的挤压孔内，加热挤压坯锭及模具至100-280℃；启动挤压模具，设置于模筒挤压孔内的挤压杆将挤压坯锭挤压成物料，模筒底部设有相配合外径成型模、内孔成型模、斜面模，挤压杆、外径成型模、斜面模共同作用下，物料从内孔成型模与外径成型模的间隙挤出，形成空芯管材，内孔成型模所设的通孔内穿插有步骤（1）中的带钎剂线坯，空芯管材内孔壁夹带带钎剂线坯，并持续夹带带钎剂线坯，形成无缝药芯锌铝合金焊丝线坯；一颗挤压坯锭挤压完毕，挤压下颗挤压坯锭，在挤压过程中完成挤压坯锭间的焊合连接。

6.如权利要求1或5所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述的加热挤压坯锭及模具至150-250℃。

7.如权利要求5所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述的挤压杆直径为φA，内孔成型模及外径成型模与模筒采用M型螺纹连接，连接的螺纹尺寸为值c，其值c=0.42～0.48φA。

8.如权利要求1或5所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备方法，其特征在于：所述的无缝药芯锌铝合金焊丝线坯中,钎剂重量百分比含量为10～18%。

9.一种无缝药芯锌铝合金焊丝的制模具，包括模筒，模筒内设有挤压孔及与挤压孔配合的挤压杆，模筒上设有外径成型模、与外径成型模相配合的内孔成型模，挤压孔底部设有与挤压杆、内孔成型模、外径成型模相配合的斜面模，内孔成型模与外径成型模之间设有合金物料挤出形成空芯管材的间隙，其特征在于：所述的内孔成型模设有穿插带钎剂线坯的通孔，所述的带钎剂线坯穿过通孔至外径成型模内，填充到所述空芯管材的内芯，构成空芯管材的带钎剂芯部。

10.如权利要求9所述的无缝药芯锌铝合金焊丝的制备模具，其特征在于：所述的挤压杆直径为φA，内孔成型模及外径成型模与模筒采用M型螺纹连接，连接的螺纹尺寸为值c，其值c=0.42～0.48φA。

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