CN102814594A - 用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊的复合自动铝钎焊丝及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊的复合自动铝钎焊丝及制备方法，该铝钎焊丝由铝基钎料芯部、复合在该芯部叶片之间的铝用钎剂和喷涂在铝用钎剂表面上的硅粉层三部分组成。制备时先熔炼和铸造钎料丝芯部合金，经轧制、挤压成型，再与Nocolok钎剂复合，然后在复合钎料丝表面喷涂硅粉即成。所得复合自动铝钎焊丝适合过烧温度在600℃以上的铝及铝合金构件，整个钎焊过程操作方便；在复合自动铝钎焊丝芯部材质中添加稀土元素和稀有金属，改善了钎料丝芯材的微观组织和相间表面能，提高了复合铝钎料的加工性能和使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及焊料，具体是一种用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊的复合自动铝钎焊丝及其制备方法。
背景技术
随着汽车制造业的快速发展和尾气排放标准的更加严格，车身铝化和全铝车身的发展方向非常明确。例如，意大利生产的法拉利汽车，全车只有传动轴的外圈是钢制的，其余全都是铝制的；德国生产的奥迪汽车，全车零部件几乎全部铝化。国产汽车平均每辆车用铝量100公斤以上，很多公司的全铝汽车样车都已试制完成。国外铝制车身的焊接技术作为核心技术之一是绝对保密的。国内目前铝制车身是采用普通铝氩弧焊技术焊接的，车身焊接变形十分严重，乔正工作量很大，焊接效果很差，而且铝氩弧焊热影响区的强度也很差，容易断裂，焊缝的焊疤很大，很难磨平。传统的铝钎焊技术停仍留在整体加热、一次性熔化、凝固的水平上，存在的焊缝短、母材构件尺寸小的局限性，无法应用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头的钎焊连接。国内铝制车身主要受到焊接技术的制约，发展速度缓慢。
发明内容
为解决铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊连接的问题，本发明提供一种用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊连接的复合自动钎焊丝及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊的复合自动铝钎焊丝，它由铝基钎料芯部、复合在该芯部叶片之间的铝用钎剂和喷涂在铝用钎剂表面上的硅粉层三部分组成。
所述铝基钎料芯部由互相垂直的四条叶片组成，其外径ф为3～4mm，芯部叶片厚度T为0.5～0.8mm；铝基钎料的型号为：BAl86SiZnCuNiMe, 该钎料的化学成分重量份比为：AL;84～90; Si：8～12; Zn:0.7～1.3; Cu:0.3～0.8; Ni:0.3～0.8, Sr:0.03～0.05; Zr:0.05～0.08; Ce:0.02～0.04。
所述铝用钎剂由Nocolok（KAlF4+K3AlF6共晶体）钎剂粉末和在钎剂粉末中均匀混入蒸发型的相对分子质量为10000～20000的聚乙二醇和合成树脂混合制成，便于调整膏状钎剂的粘稠度，将钎剂粉末固化且牢固地镶嵌在芯部的叶片之间。聚乙二醇与合成树脂的比例为7: 2～3。
所述硅粉层的硅粉的粒度为1200目以上，硅粉层厚为40～60μm。
上述复合自动铝钎焊丝的制备方法，包括如下步骤：
（1）铝钎焊丝芯材的熔炼和铸造：
将已在400℃预热4小时的工业纯铝投入石墨坩锅炉，加入铝用熔剂覆盖， 在800～850℃加热至熔化后除渣，然后加入配比量的Al-Si、Al-Cu和Al-Ni 中间合金并再加入铝用熔剂覆盖，待中间合金完全熔化后除渣，并在炉内气氛中通入惰性气体（N2）进行保护，于750～800℃条件下加入配比量的Al- Zn中间合金，很快熔化后，即向熔体中用Ar2吹入C2Cl6干粉，精炼熔体10～15min；除渣后再向其中加入配比量的Al-Sr、Al-Zr和Al-Ce中间合金，中间合金完全熔化后搅拌3～5min，于相同温度条件下通入Ar2进行第二次精炼，时间为4～5min，之后静置3～4min，除渣后得到纯净的熔体待用；所述铝用熔剂为常规选择，具体可以是KCl 和 NaCl的混合干粉（KCl:NaCl=1：1），加入量为加入时坩锅熔炼炉中炉料总重量的0.5～2%；精炼剂六氯乙烷由带压力的氩气从熔体底部吹入，所述氩气的通入压力为3～6KPa；六氯乙烷的重量为熔体重量的0.3～0.5%；
将完成精炼的熔体在氮气保护下通过铸造机铸成截面为梯形的钎料合金棒；
（2）铝钎焊丝芯材的轧制和挤压：
将步骤（1）所得合金铸棒通过孔型轧机进行反复轧压，使之成为截面外径ф为30mm的钎料合金挤压杆；再通过挤压机将挤压杆挤压成截面形状如图2所示钎料丝芯材，芯材外径ф为3～4mm；
（3）配制膏状钎剂：
将粒度达到1000目以上的Nocolok（KAlF4+K3AlF6共晶体）钎剂粉末通过搅拌机均匀拌入相对分子质量为10000～20000的聚乙二醇和合成树脂粘结剂混合物；钎剂粉末与粘接剂的重量比约为7:2～3；聚乙二醇与合成树脂的比例约为7: 2～3，备用；
（4）在钎料丝芯材上复合膏状钎剂：
将步骤（2）所得的钎料丝芯材和步骤（3）所得的膏状钎剂通过钎料膏复合机实现复合，即将钎料膏挤压到钎料芯材的槽缝里；
（5）喷涂硅粉
在复合钎料丝表面喷涂1200目以上粒度的硅粉，使复合在钎料丝上的钎剂表面的硅粉层厚为40～60μm即成。
本发明的优点是：
1、在复合自动铝钎焊丝芯部材质中添加稀土元素：稀土Ce、稀有金属Sr、Zr，使钎料的内部组织晶粒细化、圆化，提高了钎焊接头强度，而且在一定程度上降低了相间的表面能（表面张力），提高钎料的润湿性、铺展性，即提高了复合铝钎料的加工性能和使用性能；
2、复合自动铝钎焊丝钎剂的粘结剂采用二元混合物，便于调整膏状钎剂的粘稠度；
3、本发明的复合自动铝钎焊丝，在具有自动送丝、定位的自动或半自动钎焊设备的的辅助下，可以连续焊接空间尺寸很大的汽车骨架或者蒙皮接头，可获得高强度、微变形、焊缝平整光滑的良好效果。可以大部分替代变形过大的铝氩弧焊连接；
4、在施焊过程中，在钎焊温度600℃条件下，粘结剂被很快全部蒸发掉，紧接着是Nocolok钎剂熔化，并流布到母材的钎缝上，使钎剂完成去除母材表面氧化膜的过程；最后是芯部钎料熔化，并受到毛细管效应的作用完全填充满钎缝。在对汽车车身实施连续钎焊过程中，需借助自动或半自动连续钎焊设备，采用两个热源，一个是普通火焰热源，一个是激光热源，分别预热母材和熔化钎焊丝，能确保连续钎焊过程持续、稳定进行。整个钎焊过程操作方便。
附图说明
图1是本发明所述复合铝钎焊丝的截面结构示意图；
图2是本发明所述复合铝钎焊丝的芯部截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述，但不因此而限定本发明的保护范围。
实施例1：
参照图1-2，一种用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊的复合自动铝钎焊丝，它由铝基钎料芯部1、复合在该芯部1叶片之间的铝用钎剂2和喷涂在铝用钎剂2表面上的硅粉层3组成。铝基钎料芯部1的外径ф为3～4mm，芯部叶片厚度T为0.5～0.8mm；芯部铝基钎料的型号为：BAl86SiZnCuNiMe, 其化学成分重量份比为： AL;86; Si：12; Zn:0.6; Cu:0.7; Ni:0.7, Sr:0.05; Zr:0.05; Ce:0.04。复合在芯部叶片之间的铝用钎剂为膏状钎剂，它由Nocolok（KAlF4+K3AlF6共晶体）钎剂粉末、在钎剂粉末中均匀混入蒸发型的相对分子质量为10000～20000的聚乙二醇和合成树脂混合制成，将钎剂粉末固化且牢固地镶嵌在芯部的叶片之间。聚乙二醇与合成树脂的比例约为7︰2.8。在复合钎料丝表面喷涂1200目以上粒度的硅粉，使复合在钎料丝上的钎剂表面的硅粉层厚为55μm。
上述复合自动铝钎焊丝的制备方法，按照下述步骤进行：
1、铝钎焊丝芯材的熔炼和铸造：将已在400℃预热4小时的工业纯铝投入石墨坩锅炉，加入铝用熔剂覆盖， 在800～850℃加热至熔化后除渣，然后加入配比量的Al-Si、Al-Cu和Al-Ni 中间合金并再加入铝用熔剂覆盖，待中间合金完全熔化后除渣，并在炉内气氛中通入惰性气体（N2）进行保护，于750～800℃条件下加入配比量的Al- Zn中间合金，很快熔化后，即向熔体中用Ar2吹入C2Cl6干粉，精炼熔体10～15min；除渣后再向其中加入配比量的Al-Sr、Al-Zr和Al-Ce中间合金，中间合金完全熔化后搅拌3～5min，于相同温度条件下通入Ar2进行第二次精炼，时间为4～5min，之后静置3～4min，除渣后得到纯净的熔体待用；所述铝用熔剂为常规选择，具体可以是KCl 和 NaCl的混合干粉（KCl:NaCl=1：1），加入量为加入时坩锅熔炼炉中炉料总重量的0.5～2%；精炼剂六氯乙烷由带压力的氩气从熔体底部吹入，所述氩气的通入压力为3～6KPa；六氯乙烷的重量为熔体重量的0.3～0.5%。将完成精炼的熔体在氮气保护下通过铸造机铸成截面为梯形的钎料合金棒，其化学成分重量份比为：AL;86; Si：12; Zn:0.6; Cu:0.7; Ni:0.7, Sr:0.05; Zr:0.05; Ce:0.04。
2、铝钎焊丝芯材的轧制和挤压：将上述所得合金铸棒通过孔型轧机进行反复轧压，轧压速度为8.5m/min;使之轧制成为截面外径ф为30mm的钎料合金挤压杆。再通过挤压机将挤压杆挤压成截面形状如图1所示钎料丝芯材，挤压速度为12m/min.挤压芯材外径ф为4mm。
3、膏状钎剂的配制。将粒度达到1000目以上的Nocolok（KAlF4+K3AlF6共晶体）钎剂粉末通过一台搅拌机均匀拌入相对分子质量为10000～20000的聚乙二醇和合成树脂粘结剂混合物。钎剂粉末与粘接剂的重量比约为：7:（2～3）。聚乙二醇与合成树脂的比例约为：7:（2～3）；
4、在钎料丝芯材上复合膏状钎剂。将步骤2所得的钎料丝芯材和步骤3所得的膏状钎剂通过一台钎料膏复合机实现复合，即将钎料膏填压到钎料芯材的槽缝里；
5、喷涂硅粉。在复合钎料丝表面喷涂1200目以上粒度的硅粉，使复合在钎料丝上的钎剂表面的硅粉层厚为55μm。
实施例2：
与实施例1不同的是：复合铝钎焊丝芯材中各化学成分的重量份比为：AL;89; Si：9; Zn:1.1; Cu:0.4; Ni:0.5, Sr:0.04; Zr:0.06; Ce:0.03。所述膏状钎剂混合物聚乙二醇与合成树脂的比例，合成树脂占其总重量的20%，所述复合钎料丝表层硅粉厚度50μm。
制备时：步骤1中将Al-Si、Al-Cu、Al-Ni 和Al- Zn等中间合金在780℃条件下同时加入熔化的纯铝液中，所有中间合金都熔化并搅拌2分钟，通入氩气（Ar2）和六氯乙环（C2Cl6）精炼10～15分钟，除渣后再快速加入Al-Sr、Al-Zr和Al-Ce中间合金，熔化后再用氩气（Ar2）精炼3～5分钟，捞渣后排液，通过流水槽直接浇入铸模中，制成铸棒，其中各化学成分的重量份比为：AL;89; Si：9; Zn:1.1; Cu:0.4; Ni:0.5, Sr:0.04; Zr:0.06; Ce:0.03。
实施例3：
与实施例1不同的是：复合铝钎焊丝芯材中各化学成分的重量份比为：AL;90; Si：8; Zn:0.8; Cu:0.6; Ni:0.6, Sr:0.04; Zr:0.05; Ce:0.02。所述膏状钎剂混合物聚乙二醇与合成树脂的比例，合成树脂占其总重量的30%。所述复合钎料丝表层硅粉厚度60μm。
制备时：步骤1中将Al-Si、Al-Cu、Al-Ni 和Al- Zn等中间合金在850℃条件下同时加入熔话的纯铝液中，所有中间合金都熔化并搅拌2分钟，通入氩气（Ar2）和六氯乙环（C2Cl6）精炼10～15分钟，除渣后再快速加入Al-Sr、Al-Zr和Al-Ce中间合金，熔化后再用氩气（Ar2）精炼3～5分钟，调整温度到890℃，捞渣后排液，通过流水槽直接浇入铸模中，制成其中各化学成分的重量份比为：AL;90; Si：8; Zn:0.8; Cu:0.6; Ni:0.6, Sr:0.04; Zr:0.05; Ce:0.02。
实施例4
与实施例1不同的是：复合铝钎焊丝芯材中各化学成分的重量份比为：AL;91; Si：7; Zn:0.6; Cu:0.7; Ni:0.7, Sr:0.04; Zr:0.07; Ce:0.04。所述膏状钎剂混合物聚乙二醇与合成树脂的比例，合成树脂占其总重量的25%。所述复合钎料丝表层硅粉厚度50μm，其余同实施例1。
实施例5：
与实施例1不同的是：复合铝钎焊丝芯材中各化学成分的重量份比为：AL;85; Si：12; Zn:1.3; Cu:0.8; Ni:0.8, Sr:0.04; Zr:0.07; Ce:0.04。所述膏状钎剂混合物聚乙二醇与合成树脂的比例，合成树脂占其总重量的25%。所述复合钎料丝表层硅粉厚度50μm，其余同实施例1。
实施例6：
复合铝钎焊丝芯材中各化学成分的重量份比为：AL;87; Si：11; Zn:0.9; Cu:0.6; Ni:0.5, Sr:0.05; Zr:0.09; Ce:0.04。所述膏状钎剂混合物聚乙二醇与合成树脂的比例，合成树脂占其总重量的32%。所述复合钎料丝表层硅粉厚度45μm。
Claims (8)
1.一种用于铝合金汽车骨架及蒙皮接头钎焊的复合自动铝钎焊丝，其特征是：它由铝基钎料芯部、复合在该芯部叶片之间的铝用钎剂和喷涂在铝用钎剂表面上的硅粉层三部分组成。
2.根据权利要求1所述的复合自动铝钎焊丝，其特征是：所述铝基钎料芯部由互相垂直的四条叶片组成，其外径ф为3～4mm，芯部叶片厚度T为0.5～0.8mm。
3.根据权利要求2所述的复合自动铝钎焊丝，其特征是：所述铝基钎料的型号为：BAl86SiZnCuNiMe, 该钎料的化学成分重量份比为：AL;85～90; Si：8～12; Zn:0.7～1.3；Cu:0.3～0.8; Ni:0.3～0.8, Sr:0.03～0.05; Zr:0.05～0.08; Ce:0.02～0.04。
4.根据权利要求1所述的复合自动铝钎焊丝，其特征是：所述铝用钎剂由Nocolok（KAlF4+K3AlF6共晶体）钎剂粉末和在钎剂粉末中均匀混入蒸发型的相对分子质量为10000～20000的聚乙二醇和合成树脂混合制成，将钎剂粉末固化且牢固地镶嵌在芯部的叶片之间。
5.根据权利要求4所述的复合自动铝钎焊丝，其特征是：所述聚乙二醇与合成树脂的比例为7: 2～3。
6.根据权利要求1所述的复合自动铝钎焊丝，其特征是：所述硅粉层的硅粉的粒度为1200目以上，硅粉层厚为40～60μm。
7.权利要求1-6之一所述复合自动铝钎焊丝的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
（1）铝钎焊丝芯材的熔炼和铸造：
将已在400℃预热4小时的工业纯铝投入石墨坩锅炉，加入铝用熔剂覆盖， 在800～850℃加热至熔化后除渣，然后加入配比量的Al-Si、Al-Cu和Al-Ni 中间合金并再加入铝用熔剂覆盖，待中间合金完全熔化后除渣，并在炉内气氛中通入惰性气体（N2）进行保护，于750～800℃条件下加入配比量的Al- Zn中间合金，很快熔化后，即向熔体中用Ar2吹入C2Cl6干粉，精炼熔体10～15min；除渣后再向其中加入配比量的Al-Sr、Al-Zr和Al-Ce中间合金，中间合金完全熔化后搅拌3～5min，于相同温度条件下通入Ar2进行第二次精炼，时间为4～5min，之后静置3～4min，除渣后得到纯净的熔体待用；所述铝用熔剂为常规选择，具体可以是KCl 和 NaCl的混合干粉（KCl:NaCl=1：1），加入量为加入时坩锅熔炼炉中炉料总重量的0.5～2%；精炼剂六氯乙烷由带压力的氩气从熔体底部吹入，所述氩气的通入压力为3～6KPa；六氯乙烷的重量为熔体重量的0.3～0.5%；
将完成精炼的熔体在氮气保护下通过铸造机铸成截面为梯形的钎料合金棒；
（2）铝钎焊丝芯材的轧制和挤压：
将步骤（1）所得合金铸棒通过孔型轧机进行反复轧压，使之成为截面外径ф为30mm的钎料合金挤压杆；再通过挤压机将挤压杆挤压成钎料丝芯材，芯材外径ф为3～4mm；
（3）配制膏状钎剂：
将粒度达到1000目以上的Nocolok（KAlF4+K3AlF6共晶体）钎剂粉末通过搅拌机均匀拌入相对分子质量为10000～20000的聚乙二醇和合成树脂粘结剂混合物；钎剂粉末与粘结剂的重量比约为7:2～3；聚乙二醇与合成树脂的比例约为7: 2～3，备用；
（4）在钎料丝芯材上复合膏状钎剂：
将步骤（2）所得的钎料丝芯材和步骤（3）所得的膏状钎剂通过钎料膏复合机实现复合，即将钎料膏挤压到钎料芯材的槽缝里；
（5）喷涂硅粉
在复合钎料丝表面喷涂1200目以上粒度的硅粉，使复合在钎料丝上的钎剂表面的硅粉层厚为40～60μm即成。
8.用权利要求7所述的制备方法制备的复合自动铝钎焊丝。
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