CN104690448A - 一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝 - Google Patents

Abstract

一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，属于钢结构件和铜管的火焰钎焊或感应钎焊领域，该焊丝是由含硼化合物与氟化物的混合物内芯钎剂和包裹在内芯外的均质合金钎料构成的。本发明利用管状材料的刚度高和挺度好特性改善了焊丝的可操作性，利用大的比表面积材料吸热快的特性提高了钎料熔化速度，利用钎剂钎料一体化的特点简化了操作流程、提高了钎焊施工效率，利用空芯材料单位长度的材料少的特点减少了钎料堆积、节省了钎料，利用附带钎剂的特点改善了钎料流铺性，从而减少了钎料流失浪费现象，保证了细微区域焊缝的钎焊接头质量。

Description

一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝

技术领域

本发明涉及到钢结构件和铜管的火焰钎焊或感应钎焊领域用到的焊丝，具体的说是一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝。

背景技术

铜焊丝作为钎焊材料使用时有其独特的要求，良好的流动性和综合机械性能是基本要求，作为钎料使用的铜焊丝在家用机械结构件、电机、电器、建筑结构、轻型家具、武器装备等行业中都是必不可少、至关重要的连接材料，钎焊技术在这些行业中扮演了重要的角色。对于细微类接头存在着不易钎焊的难题，主要是铜焊丝熔化温度高、不便于添加钎料，尤其是细微区域常常不能用铜焊丝钎焊，而用银钎料取代。为了追求钎焊工艺性和技术经济性，钎焊工作者在不断的开发新型低银钎料和中银钎料以取代铜焊丝，其目的主要是为了提高钎料的流动性和润湿铺展性，但是银钎料带来成本大幅增加。细微区域钎焊时，需要填充的钎料较少，一般使用较细的焊丝，以保证钎料快速熔化使液态钎料填满钎缝间隙；但是当焊丝较细时焊丝的刚度差，其挺度不足以使操作者顺利的操纵焊丝、对准焊缝。有时仅仅将钎料堆在钎缝附近再依靠毛细作用力将液态钎料吸入间隙形成钎焊接头，这样做容易造成液态钎料的流失，不仅大大浪费钎料，甚至无法形成优良的钎缝，会降低钎焊接头质量和钎焊效率，增加钎焊成本。

药芯焊丝用于焊接已经有半个世纪，但是已有的药芯焊丝主要是为了获得理想的焊缝金属成分、提高焊接效率、改善焊接工艺、增强焊缝性能等等，没有针对细微区域的钎焊发明。

专利CN100488703C中公开了一种由超细颗粒铜粉、锡锌钎料及膏状钎剂混合的钎料，该钎料的特点是高的耐疲劳性能、抗蠕变性及高的接头可靠性。专利CN101870045A、CN102310301A和CN101396774A均是钢质外层的用于弧焊的药芯焊丝，这类药芯焊丝的特点是减小焊接电流、提高焊接效率、平滑焊缝外观等，没有作为钎焊材料用于钎焊过程的。专利CN101224526A中公开了一种Ni颗粒增强锡银基无铅复合钎料及其制备方法，Ni颗粒直径2~3μm，与基体发生冶金反应生成新相，钎料铺展性能好，并提高了接头剪切强度。上述几种药芯焊丝中的焊剂或金属粉都是为了改善焊粉成分、组织与性能，主要起固溶强化与弥散强化作用，用于改善接头的力学性能，不适宜于细微区域的高效钎焊。

发明内容

为解决现有技术中并没有专门的适用于细微区域钎焊的焊丝的问题，本发明提供了一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，该带芯铜焊丝具有简化钎焊工艺、减少钎料流失浪费、减少钎剂浪费保护环境、方便焊工操作的优点，同时又能够保证细微区域钎缝良好成形，适用于火焰钎焊、感应钎焊等多种工艺，是综合解决细微区域钎焊的高效、环保型钎料。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，所述带芯铜焊丝是由含硼化合物与氟化物的混合物内芯钎剂和包裹在内芯外的均质合金钎料构成的。

所述均质合金钎料与混合物内芯的重量比为78-90:22-10。

所述均质合金钎料为薄带状，以使其卷绕包裹混合物内芯，且均质合金钎料的厚度不超过0.18 mm。

按照重量百分比，所述均质合金钎料的组成成分为56%~65%的Cu、35%~45%的Zn、0.2%~3.5%的Sn、0%~2.5%的Mn、0%~1.5%的Ni和0%~0.5%的Si。

所述均质合金钎料中还加入有其总质量0.01-0.03%的V、0.05-0.7%的Li、0. 05%-0.1%的Zr和0.2-0.3%的Cr。

按照重量百分比，所述混合物内芯钎剂由63%~70%的B₂O₃、22%~28%的Na₂O·2B₂O₃、2%~5%的CsF、3%~8%的NaF和2%~5%的不定型超细单质硼粉混合而成。

所述混合物内芯钎剂中还含有其重量0.5-0.7%的辅助剂，该辅助剂由氯化钠、硬脂酸镁、沸石粉、单质硅微粉和电炉磷渣超微粉按照重量比1:3:1:2:13的比例混合而成。

本发明中的沸石粉、单质硅微粉的颗粒直径不大于50微米，电炉磷渣超微粉的颗粒直径不大于5微米，电炉磷渣是一种水淬渣，其化学成分为：47-52%的CaO、40-43%的SiO₂、0.8-2.5%的P₂O₅、2-5%的Al₂O₃、0.8-3.0%的Fe₂O₃、2.5-3%的F。

本发明的带芯铜焊丝采用如下方式制取：外层均质合金钎料采用常规制备方法制成薄带状，内芯钎剂由几种硼化合物与氟化物按比例混合而成，外层均质合金钎料

外层均质合金钎料按配方的要求称重配料，经中频感应炉熔炼成铸锭，随后铸锭进行均匀化退火并制成薄带状，内芯钎剂按配方的要求烘干脱水后称重配料，在球磨混料机中充分混合即得。

本发明的外层均质合金钎料有两种形式，无缝型和有缝型，无缝型采用复合双动挤压法制取，有缝型带芯铜焊丝采用带材轧卷法制取。

本发明中，外层为薄带状的均质合金钎料，其比表面积大、受热面积大，易于吸热，钎焊时熔化速度快，钎焊效率高；内芯钎剂为含硼化合物与氟化物组成的混合物，能够有效保护钎缝并能助长钎料流铺填缝。

本发明中的内芯钎剂被包裹于均质合金钎料内部，钎剂的比例由传统的25%~65%，降低到10%~22%，使用时不浪费，既节省了钎剂又减轻了环境污染。

本发明的焊丝外径范围从0.8mm~2.5mm，其单位长度的重量相当于直径0.5mm~1.5mm实心焊丝的重量，由于焊丝呈现管状大大提高了焊丝的刚度和挺度，便于钎焊操作。

本发明外层的均质合金钎料中添加有Mn和Ni，由于Mn和Ni的添加显著提高了钎料强度。

本发明内层的混合物内芯中除了传统的B₂O₃和NaF外加入了脱水的Na₂O·2B₂O₃，尤其是加入了2%~5%CsF后可以钎焊铝青铜，而传统的钎剂是难以钎焊铝青铜的。

本发明内层的混合物内芯中加入了不定型超细硼粉，硼粉对于细微区域氧化物的减少、去除和排除极为有效，添加颗粒直径不大于5微米的不定型硼粉后，硼粉与氧燃烧消耗了钎缝细微区域的氧，阻止了被焊物体和钎料的氧化，而生成的B₂O₃同时参与还原金属氧化物。

本发明的带芯铜焊丝尤其适用于5mm以下细微区域的钢、铜的火焰钎焊、感应钎焊。

本发明采用带芯铜焊丝钎焊时，由于将实心焊丝做成带钎剂的空芯焊丝，增加了焊丝的比表面积、减少了单位长度上焊丝质量，使得填充接头间隙的钎料较少并且容易熔化；同时由于焊丝外径增加使得焊丝的刚度挺度增加，使焊工操作便捷可靠。

本发明中，通过在均质合金钎料中额外添加微量的V、Li、Zr和Cr，不仅可以进一步增强均质合金钎料的硬度，而且在焊接后能够显著增强焊缝的强度和均一性；通过在内芯钎剂中添加由氯化钠、硬脂酸镁、沸石粉、单质硅微粉和电炉磷渣超微粉制成的辅助剂，能够显著增强焊接时的反应速度，提高焊缝熔池内熔体的流铺性，从而使得焊接后的焊缝外形饱满，强度也进一步的提高。

有益效果：本发明的带芯铜焊丝，利用管状材料的刚度高和挺度好特性改善了焊丝的可操作性，利用大的比表面积材料吸热快的特性提高了钎料熔化速度，利用钎剂钎料一体化的特点简化了操作流程、提高了钎焊施工效率，利用空芯材料单位长度的材料少的特点减少了钎料堆积、节省了钎料，利用附带钎剂的特点改善了钎料流铺性；使用该种铜焊丝，钎焊工艺简单，操作方便，焊接时，较少的钎料流入细微区域形成钎缝，减少了钎料流失浪费现象，同时可保证细微区域焊缝的钎焊接头质量，经火焰钎焊或感应钎焊可直接形成质量优良的钎缝，具有较高的生产效率和环保效益。

附图说明

图1为本发明产品的一种形式（无缝型）；

图2为本发明产品的另一种形式（单层有缝型）；

图3为本发明产品的再一种形式（双层无缝型）；

附图标记：1、外层均质合金钎料，2、内芯钎剂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例1：

如图1所示，无缝焊丝直径2.0mm，从结构上分为外层均质合金钎料1和内芯钎剂2，内芯直径为1.0mm，外层均质合金钎料重量比为88%，内芯钎剂重量比为12%。外层均质合金钎料成分为59%的Cu、38%的Zn、1.5%的Sn、0.8%的Mn、0.5%的Ni和0.2%的Si；内芯成分为70%的B₂O₃、21%的Na₂O·2B₂O₃、4%的CsF和5%的NaF。采用火焰钎焊直径3mm的铝青铜棒（QAl9-4）对接焊缝，可直接钎焊成形，无钎料乱流，钎缝形态饱满，质量可靠，连接抗拉强度可以达到290MPa。

实施例2：

如图2所示，有缝焊丝直径1.6mm，从结构上分为外层均质合金钎料1和内芯钎剂2，内芯直径为0.9mm，外层均质合金钎料重量比为85%，内芯钎剂重量比为15%。外层均质合金钎料成分为57%的Cu、39%的Zn、2.0%的Sn、1.2%的Mn和0.8%的Ni；内芯成分为65%的B₂O₃、26%的Na₂O·2B₂O₃、1%的CsF和8%的NaF。采用火焰钎焊直径2mm的合金钢棒（40Cr）对接焊缝，可直接钎焊成形，无钎料乱流，钎缝形态饱满，质量可靠，连接抗拉强度可以达到320MPa。

实施例3：

如图3所示，有缝焊丝直径1.5mm，从结构上分为外层均质合金钎料1和内芯钎剂2，内芯直径为0.9mm，外层均质合金钎料重量比为90%，内芯钎剂重量比为10%。外层均质合金钎料成分为61%的Cu、37%的Zn、1.0%的Sn、0.2%的Mn、0.7%的Ni和0.1%的Si；内芯成分为68%的B₂O₃、24%的Na₂O·2B₂O₃、1%的CsF和7%的NaF。采用火焰钎焊直径2mm的合金钢棒（45）对接焊缝，可直接钎焊成形，无钎料乱流，钎缝形态饱满，质量可靠，连接抗拉强度可以达到300MPa。

实施例4：

如图2所示，有缝焊丝直径1.2mm，从结构上分为外层均质合金钎料1和内芯钎剂2，内芯直径为0.9mm，外层均质合金钎料重量比为90%，内芯钎剂重量比为10%。外层均质合金钎料成分为60%的Cu、39%的Zn、0.8%的Sn、0.05%的Ni和0.15%的Si；内芯成分为68%的B₂O₃、24%的Na₂O·2B₂O₃、1%的CsF和7%的NaF。采用火焰钎焊直径2mm的合金钢棒（45）对接焊缝，可直接钎焊成形，无钎料乱流，钎缝形态饱满，质量可靠，连接抗拉强度可以达到280MPa。

实施例5：

如图2所示，有缝焊丝直径0.9mm，从结构上分为外层均质合金钎料1和内芯钎剂2，内芯直径为0.9mm，外层均质合金钎料重量比为85%，内芯钎剂重量比为15%。外层均质合金钎料成分为58%的Cu、41%的Zn、0.8%的Sn、0.1%的Ni和0.1%的Si；内芯成分为67%的B₂O₃、22%的Na₂O·2B₂O₃、8%的CsF和3%的NaF。采用火焰钎焊直径2mm的黄铜棒（H70）对接焊缝，可直接钎焊成形，无钎料乱流，钎缝形态饱满，质量可靠，连接抗拉强度可以达到260MPa。

以上实施例均为本发明的基本实施方式，可以在以上基础上做进一步的改进，如所述均质合金钎料，除了以上基本成分外，还可以再加入中其基本成分总质量0.01-0.03%的V、0.05-0.7%的Li、0. 05%-0.1%的Zr和0.2-0.3%的Cr；

再如，所述混合物内芯钎剂中，除含有上述基本成分外，还含有其总重量0.5-0.7%的辅助剂，该辅助剂由氯化钠、硬脂酸镁、沸石粉、单质硅微粉和电炉磷渣超微粉按照重量比1:3:1:2:13的比例混合而成。

Claims (7)

1.一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：所述带芯铜焊丝是由含硼化合物与氟化物的混合物内芯钎剂和包裹在内芯外的均质合金钎料构成的。

2.根据权利要求1所述的一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：所述均质合金钎料与混合物内芯的重量比为78-90:22-10。

3.根据权利要求1所述的一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：所述均质合金钎料为薄带状，以使其卷绕包裹混合物内芯，且均质合金钎料的厚度不超过0.18 mm。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：按照重量百分比，所述均质合金钎料的组成成分为56%~65%的Cu、35%~45%的Zn、0.2%~3.5%的Sn、0%~2.5%的Mn、0%~1.5%的Ni和0%~0.5%的Si。

5.根据权利要求4所述的一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：所述均质合金钎料中还加入有其总质量0.01-0.03%的V、0.05-0.7%的Li、0. 05%-0.1%的Zr和0.2-0.3%的Cr。

6.根据权利要求1或2所述的一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：按照重量百分比，所述混合物内芯钎剂由63%~70%的B₂O₃、22%~28%的Na₂O·2B₂O₃、2%~5%的CsF、3%~8%的NaF和2%~5%的不定型超细单质硼粉混合而成。

7.根据权利要求6所述的一种适宜于细微区域钎焊的带芯铜焊丝，其特征在于：所述混合物内芯钎剂中还含有其重量0.5-0.7%的辅助剂，该辅助剂由氯化钠、硬脂酸镁、沸石粉、单质硅微粉和电炉磷渣超微粉按照重量比1:3:1:2:13的比例混合而成。