CN1039751A - 发动机散热器用低锡铅基钎焊材料和焊条材料 - Google Patents

Abstract

本发明是发动机散热器用的铅基合金钎焊材料和焊条材料。钎焊材料是一种含有Sn、Sb元素的Pb基合金，同时含有In、Bi、Ti、Cu和Al合金元素，Cu、Al、Ti元素在合金中互不溶解形成弥散强化相，抑制Sn元素偏析，细化晶粒，焊条材料是一种含有Sn、Sb、In元素的Pb基合金，用在发动机散热器的上、下水室，加水口，进出水管，侧板和溢水管等部件连接处作焊条焊接。本发明与已有技术相比，其Sn含量分别降低75％和50％以上。工艺性能好，焊缝饱满，强度高，经济效益显著。

Description

本发明是一种用于发动机散热器的低锡铅基钎焊材料和焊条材料。

发动机水箱散热器用钎焊材料和焊条材料，传统上都是用一种材料，使用最多的是40～50%Sn、60～50%pb的合金，Sn含量比较高。众所周知，国际市场上锡源十分紧缺，致使发动机水箱散热器的生产无法正常进行，仅就我国而言，汽车发动机水箱散热器生产用的钎料和焊条用锡量即在千吨以上。发动机水箱散热器与空气热交换器结构不同，各部位材质不同，工作条件也要求不同，所以这两种设备钎焊的技术条件也不相同。空气热交换器的散热片是呈螺旋状绕在散热管上，散热片和散热管的材料都是紫铜，采用熔点较高的钎基合金一次性浸焊即可。而发动机水箱散热器由于各部位材质不同，焊接工艺各异，散热管通用材料是H90黄铜，用10%Sn的Pb基合金，采用钎焊工艺;散热片为H62黄铜，串上散热管后采用烘焊工艺;散热器上、下水室，加水口、进出水管，侧板和溢水管的材料为有色金属和黑色金属，采用手工焊接工艺。由于发动机水箱散热器各部位工作受力状态不同，因而钎焊材料和焊条材料采用不同含锡量材料较为合理。

本发明的目的是根据发动机水箱散热器各部位工作条件和技术要求的不同，设计相应不同的合金成份作为钎料和焊料，从而使合金中锡含量大大降低，又能使合金的工艺性能及焊接强度满足技术要求。

本发明发动机散热器用钎焊材料是一种以Pb的基含有Sn、Sb等元素的合金，其合金元素的重量百分组成是：Sn10～11%，Sb1.0～1.2%，In0.05～0.07%，Bi0.05～0.07%，Ti0.05～0.07%，Cu0.05～0.07%，Al0.05～0.07%，其余为Pb。合金元素Sn、In可提高合金的强度和韧性，改善其流动性。由于Sn资源紧缺，In元素是贵金属，用量宜少，以使合金具有满意的机械性能和工艺性能要求为度。Cu、Al、Ti元素在合金中互不溶解，形成弥散强化相，抑制Sn元素在合金中的偏析，使合金成份均匀，细化晶粒，提高焊缝的耐腐蚀性。Bi元素具有提高焊缝填满性的作用，但含量高时会产生脆性。

本发明发动机散热器用焊条材料是一种以Pb为基的含有Sn、Sb元素的合金，其合金元素的重量百分组成是：Sn20～21%，Sb1.0～1.2%，In0.2～0.22%，其余是Pb。因为合金中加入微量的In元素，合金的工艺性能及焊缝强度明显提高。Sb元素对改善合金的活性及润湿性有利，但用量偏高则会出现硬相，影响焊缝强度。本发明钎焊水箱芯子的钎料比传统使用的钎料降低锡含量为75%以上，本发明的焊条材料比已有的发动机水箱散热器用焊条材料锡含量降低50%以上，但其性能完全能满足技术要求。

本发明发动机散热器用低锡铅基合金钎焊材料和焊条材料的技术性能指标是：

1、焊剪切强度

试验方法根据美国焊接协会AWSC3.2标准进行。对比合金成份是：Sn40%，Sb1.28%，其余是Pb（下同）。

剪切强度（MPa）：

合金名称

室温    90℃    110℃    120℃    130℃

本发明钎焊材料    36.67    30.93    28.80    28.57    25.43

本发明焊条材料    35.67    29.60    26.67    26.73    23.87

对比合金材料    36.53    32.13    28.23    26.87    22.63

2、合金工艺性能测定

试验方法根据中国航空工业部Q/SZ60～70标准进行

测试合金名称    铺展面积    漫流长度    间隙填充    钎焊最佳湿度

（mm²） （mm） （mm） （℃）

本发明钎焊材料    230    100    1.00    300

本发明焊条材料    220    100    0.34    250

对比合金材料    300    100    0.92    250

3、合金熔点

测试合金名称    本发明钎焊材料    本发明焊条材料    对比合金

熔点（℃）    290    186    185

4、导热系数

单位：α（厘米²/秒） λ（卡/秒·厘米·度）

测试合金名称    本发明钎焊材料    本发明焊条材料    对比合金材料

α    λ    α    λ    α    λ

室温    0.229    0.0976    0.228    0.2887    0.274    0.1180

50℃    0.225    0.1020    0.226    0.0195    0.263    0.1190

100℃    0.210    0.0895    0.220    0.0911    0.243    0.1050

150℃    0.192    0.0902    0.178    0.0756    0.166    0.0844

与本发明配套使用的钎剂和焊剂采用本发明人已申请专利（申请号为：87106949）的<空气热交换器用钎料及钎剂>的钎剂配方，它由Zncl₂、NH₄cl和Kcl的饱和水溶液组成，其重量百分比是Zncl₂55-65%，NH₄cl13-23%，Kcl17-27%，其最佳配比是Zncl₂60%，NH₄cl18%，Kcl22%，用自来水调至比重为1.50，PH值为50在生产中实际应用时，比重在1.40-1.50之间都能获得满意效果。

本发明低锡铅基合金钎焊材料的制造方法。

采用坩锅电阻加热炉熔炼，坩锅清理干净后烘干，加入纯铅锭，加热至100℃，加入Cu-Ti中间合金，升温900～1000℃，加入Al、Sb，进行搅拌，最后加入Bi、Sn、In等元素，充分搅拌扒渣，撒上少许氯化物盐类，待降温至320～340℃搅拌扒渣后即可进行钎焊。或者浇铸成锭，供生产厂使用时将锭子投入熔槽熔化进行钎焊作业。

本发明低锡铅基合金焊条材料的制造方法，采用坩锅电阻加热炉熔炼。投入纯铅锭、纯锑锭，升温680℃左右，全部熔化后搅拌扒渣，再投入锡锭和铟，进行搅拌，撒入少许氯化物于熔液表面，搅拌扒渣静止，降温至340℃左右，搅拌扒渣浇铸成焊条，以备手工焊接

本发明合金材料的金相显微组织如附图所示。

图1    低锡铅基合金钎焊材料铸锭上部显微组织图。400×

α固溶体+（α+β）共晶相

图2    低锡铅基合金钎焊材料铸锭下部显微组织图

α固溶体+（α+β）共晶相    400×

图3    低锡铅基合金焊条材料铸锭上部显微组织图

α固溶体+（α+β）共晶相    400×

图4    低锡铅基合金焊条材料铸锭下部显微组织图

α固溶体+（α+β）共晶相    400×

从附图可以看出：本发明低锡铅基合金铸锭上、下部位组织差别不大。

实施例1，钎焊SH760汽车水箱散热管和散热器焊接总装。

将卷制完成的SH760汽车水箱散热管浸入钎剂中1～2分钟取出，甩干，放入钎焊槽中1～2秒钟取出，用自来水冲洗管件上残留的钎剂及脏物。散热管按照图纸尺寸切断串接散热片。装主片，浸入钎剂，将工件取出甩干，放入烘焊炉中进行烘焊，炉温310～340℃，时间1.5～3分钟，焊合率达95～97%。经烘焊完成的工件用自来水冲洗进行主片钎焊，步骤同前，钎焊温度360～380℃，时间8～10秒，最后经自来水冲洗进行焊条总装焊接。

用本发明制造的发动机散热器，焊缝填满性及渗透性好，焊合率高，导热性能好。例如，用该钎焊材料钎焊的SH760汽车水箱经振幅为14毫米的连续震动10万次无脱焊及零部件损坏现象。将该水箱沉埋在水池中，通入压力为98KPQ（1Kg-f/Cm²）干燥压缩空气，持续1分钟，焊缝不渗漏，无脱焊及零部件损坏。

本发明的低锡铅基合金钎焊材料和焊接材料，用于汽车、拖拉机和工程机械的散热器钎焊和焊接，均能取得令人满意的效果，为节约用锡和保证发动机制造工业的正常稳定生产做出了贡献，具有显著的经济效益。

Claims (2)

1、一种用于发动机散热器的以Pb为基的钎焊材料，其特征在于它的合金元素的重量百分比是，Sn10～11%，Sb1.0～1.2%，In0.05～0.07%，Bi0.05～0.07%，Ti0.05～0.07%，C_u0.05～0.07%，AL0.05～0.07%，其余是Pb。

2、一种用于发动机散热器的以Pb为基的焊条材料，其特征在于它的合金元素的重量百分组成是：Sn20～21%，Sb1.0～1.2%，In0.20～0.22%，其余是Pb。

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