CN104907722A - 自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，它包括由带状黄铜基钎料旋转卷制成的具有螺旋状搭接缝的钎料管，在钎料管内包裹有焊丝和由铜钎剂、还原剂和助流剂配制而成的药芯。制备时，按照常规方法熔炼黄铜基钎料铸锭，并将其加工成带状钎料，然后在将其旋转卷制成具有螺旋状搭接缝的钎料管，在卷制过程中，将焊丝和药芯加入钎料管内；通过轧制或拉拔制成黄铜药芯钎料丝、棒、或钎料环。本发明的优点在于以焊丝的形式在钎料中添加了Sn、Ni、Si等元素，当黄铜钎料外皮中合金元素含量较低时，仍能保证其具有优良的加工性能,可使钎料具有良好的润湿性和流动性，同时提高了焊缝强度、低温冲击韧性和抗裂性能，降低了韧脆转变温度。

Description

自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及焊接材料，尤其是涉及一种自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，本发明还涉及该黄铜药芯钎料的制备方法。
背景技术
 传统的钎焊工艺是用丝或条状黄铜钎料粘钎剂使用或用气体钎剂或加热前预先将钎剂涂覆在工件上，钎料用量无法保证，且容易出现焊接缺欠，随之而来的是返工、返修甚至报废，造成黄铜钎料和原材料的浪费，增加制造成本。此外，钎料粘钎剂或预先涂覆钎剂的过程增加了一次焊前操作，增加了工序和操作时间，并在钎焊工艺中增加一个变量，从而影响焊接的一致性和质量的稳定性；气体钎剂活性不够，去除氧化膜效果较差。由于此种钎焊工艺复杂、生产效率低、成本高、不易准确控制钎剂的用量，所以经常出现钎剂添加过多或不均匀现象，不仅大量浪费钎剂，而且焊后工件表面残余的钎剂残渣较难清洗，易腐蚀接头；另外接头质量多依赖于操作员的个体水平。
随着现代化制造业加大对钎焊成本的控制（表现为自动化焊接逐渐取代人力成本较高的手工焊接，黄铜钎料用量的精确控制），以及外界对企业环境责任的关注度不断加大，药芯黄铜钎料在这种产业升级需求下应运而生。
药芯黄铜钎料是由带状黄铜钎料包覆一定比例的粉末钎剂卷制而成，它与传统的实芯钎料相比，具有以下优点：药芯黄铜钎料自带钎剂，钎焊操作时减少了添加钎剂的工序，具有焊接效率高、成分调节灵活、节能节材、焊剂用量少、污染小、焊缝成形美观等优点，适用于连续自动焊接。
目前现有卷制而成的有缝药芯黄铜焊丝，在运输和使用过程中容易漏粉（钎剂漏出钎料管），导致钎料无法正常润湿焊接母材。中国专利201110435173.2公开的“银基药芯焊丝及制造方法”，记载了一种采用无缝挤压灌芯生产工艺制造银铜锌无缝药芯焊丝的方法，但该方法单个挤压坯锭重量有限，生产效率有一定的局限性，还存在钎剂断空的隐患。此外，在大间隙组件钎焊时需要确保钎料具有一定的填充量，而在制备药芯钎料的钎料皮时，如果钎料皮过厚将增加加工难度，影响了药芯钎料大间隙钎焊的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钎剂均匀、不易漏粉、钎料填充料足够多的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，本发明还提供该黄铜药芯钎料的制备方法。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，它包括由带状黄铜基钎料旋转卷制成的具有螺旋状搭接缝的钎料管，在所述钎料管内包裹有焊丝和由铜钎剂、还原剂和助流剂配制而成的药芯。
所述焊丝位于所述药芯的中心位置处，所述焊丝为单根或由两根以上组成的丝束。
所述螺旋状搭接缝的搭接宽度为0.2~5mm。
所述钎料管的的壁厚为0.1～0.8mm，其横截面为圆形、扁圆形、椭圆形或多边形。
所述药芯占成品黄铜药芯钎料总重量的4～20%。
所述药芯为无机氟化物、氟硼酸钾、硼酐、硼酸、氟铝酸钾、硼酸盐、单质硼、单质铝粉中的至少一种或两种以上的混合物。
所述焊丝为紫铜、黄铜或青铜合金。
本发明所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料的制备方法包括下述步骤：
第一步，按照常规方法熔炼黄铜基钎料铸锭；
第二步，将铸锭加工成厚度0.1～0.8mm、宽度3.0~26.0mm的带状黄铜基钎料；
第三步，将带状黄铜基钎料旋转卷制成具有螺旋状搭接缝的钎料管，在卷制过程中，将焊丝和药芯加入钎料管内；
第四步，将第三步卷制好的钎料管通过轧制或拉拔的方法制成黄铜药芯钎料丝、棒（可截成100～1000 mm的钎料条）、用细长钎料绕制成的具有中空结构的黄铜药芯钎料环或至少沿轴向绕制的至少两圈的黄铜药芯钎料螺旋环，该相邻环圈之间的间距≤1.0mm。
所述黄铜基钎料中各成分的重量百分比为：铜Cu 40.0～65.0%、锌Zn  25.0～50.0%、锡Sn 0～5.0%、镉Cd 0～20.0%、镍Ni 0～5.0%、锰Mn 0～8.0%、硅Si 0～6.0%、微量元素0～1.0%；所述微量元素取自镓、铟、锆、锑、锂、稀土中的至少一种。
本发明的优点在于以焊丝的形式在钎料中添加了Sn、Ni、Si等元素，当黄铜钎料外皮中合金元素含量较低时，仍能保证其具有优良的加工性能,可使钎料具有良好的润湿性和流动性，同时提高了焊缝强度、低温冲击韧性和抗裂性能，降低了韧脆转变温度。
本发明铜钎剂中含有助流剂，如铜钎剂中含有硼砂，硼砂受热分解硼酐和偏硼酸钠：Na2B4O7→B2O3+2NaBO2；硼酐能与铜、铁、锌、镍等元素氧化物形成易熔的硼酸盐：MeO+B2O3→MeO·B2O3，而偏硼酸钠又能与硼酸盐形成熔化温度更低的复合化合物：MeO+2NaBO2+B2O3→(NaBO2)2·Me(BO2)2，容易浮到钎缝表面，提高了钎料的流动铺展性。本发明含有还原剂，能有效去除氧化膜，如铝粉可以还原氧化铁：2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe；如氟硼酸钾能还原不锈钢中的氧化铬，氟硼酸钾受热分解为氟化钾和三氟化硼：KBF4→KF+BF3，氟化钾可以降低钎剂的熔点和表面张力，并提高去膜能力；三氟化硼与氧化铬反应：BF3+Cr2O3→2CrF3+B2O3，硼酐又能起到助流作用。
本发明实现了钎剂方便、高效的预加入，钎焊时具有装配方便、易实现自动化生产、成本低等优点，有利于自动化钎焊工艺的推广应用；与同等重量同规格的实芯钎料相比，本发明制备的黄铜药芯钎料可以钎焊更多数量的工件，节约成本；采用带状钎料旋转卷制成搭接缝为螺旋状的钎料管，具有生产效率高、成本低、不易漏粉、焊接工艺性好等优点，在相同热输入条件下，黄铜药芯钎料比实芯钎料更易于传热、熔化；本发明容易准确控制钎剂的用量，有效降低了焊剂的使用量，可获得精密光亮、质量稳定的接头，并大大减轻了钎焊过程的劳动强度和环境污染。本发明在外皮不改变成分的前提下，可通过灵活调整焊丝中的金属比例得到不同组分的焊缝；特别是在钎焊大间隙组件时能确保足够填充量的钎料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的横断面示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，包括由带状黄铜基钎料旋转卷制成的具有螺旋状搭接缝1的钎料管2，螺旋状搭接缝1的搭接宽度为0.2~5mm，在钎料管2内包裹有焊丝3和由铜钎剂、还原剂和助流剂配制而成的药芯4，焊丝3位于药芯4的中心位置处，焊丝3可为单根或由两根以上组成的丝束， 钎料管2的的壁厚为0.1～0.8mm，其横截面为圆形、扁圆形、椭圆形或多边形。
药芯可为无机氟化物、氟硼酸钾、硼酐、硼酸、氟铝酸钾、硼酸盐、单质硼、单质铝粉中的至少一种或两种以上的混合物，可以粉状、膏状、块状等形式加入。药芯占成品黄铜药芯钎料总重量的4～20%。
焊丝为紫铜、黄铜或青铜合金。
本发明所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料的制备方法包括下述步骤：
第一步，按照常规方法熔炼黄铜基钎料铸锭；
第二步，将铸锭加工成厚度0.1～0.8mm、宽度3.0~26.0mm的带状黄铜基钎料；
第三步，将带状黄铜基钎料旋转卷制成具有螺旋状搭接缝1的钎料管2，在卷制过程中，将焊丝3和药芯4加入钎料管内；
第四步，将第三步卷制好的钎料管通过轧制或拉拔的方法制成黄铜药芯钎料丝、棒（可截成100～1000 mm的钎料条）、用细长钎料绕制成的具有中空结构的黄铜药芯钎料环或至少沿轴向绕制的至少两圈的黄铜药芯钎料螺旋环，该螺旋环相邻环圈之间的间距≤1.0mm；其中药芯占成品黄铜药芯钎料总重量的4～20%。
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细的叙述。
实施例1
本发明的一种自带还原剂、助流剂黄铜药芯钎料，其制备方法如下：
a）将铜、锌、锡、硅、锰按比例配好并进行熔炼，浇铸成Φ50 mm的棒状BCu59.5Zn39Sn1Si0.3Mn0.2钎料合金铸锭，切去冒口然后将铸锭车削去除氧化皮待用；
b）将钎料挤压设备升温至750 ℃，将车好的铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为600 ℃，将预热好的铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压成厚度5.0 mm、宽度8.5mm的带状钎料，并扎制、分切、超声波清洗、烘干、接带制作成厚度0.2 mm、宽度7.5mm的黄铜基钎料带；
c）将含有15%硼砂、72%硼酸、7%氟化钙、6%氟铝酸钾的药芯均匀混合，在100℃~130℃的低真空干燥箱中烘干200min，冷却待用；
d）将带状钎料旋转卷制成具有螺旋状搭接缝1的钎料管2，在卷制过程中将焊丝3和药芯4加入钎料管2内；
e）将含焊丝和药芯的钎料管2通过轧制或拉拔制成所需尺寸的药芯钎料。
该成品黄铜药芯钎料适合钎焊含有铝元素的铜合金接头。
实施例2
本发明所述的一种自带还原剂、助流剂黄铜药芯钎料，其制备方法如下：
a）将铜、锌、锰按比例配好并进行熔炼，浇铸成Φ50 mm的棒状Cu58Zn38Mn4钎料合金铸锭，切去冒口然后将铸锭车削去除氧化皮待用；
b）将钎料挤压设备升温至700 ℃，将车好的铸锭置于马弗炉内预热，预热温度为600 ℃，将预热好的铸锭放入挤压设备的模筒内，挤压成厚度5.5 mm、宽度8.8mm的带状钎料，并扎制、分切、超声波清洗、烘干、接带制作成厚度0.2 mm、宽度8.0mm的黄铜基钎料带；
c）将含有25%硼砂、65%硼酸、7%氟化钙、3%氟化钾的药芯均匀混合，在100℃~130℃的低真空干燥箱中烘干250min，冷却待用；
d）将带状钎料旋转卷制成具有螺旋状搭接缝1的钎料管2，在卷制过程中将HS221焊丝3和药芯4加入到钎料管2内；
e）将含焊丝和药芯的钎料管2通过轧制或拉拔制成直径为3mm、长度为500mm的药芯钎料棒。
该成品黄铜药芯钎料适合钎焊钢-钢接头。
实施例3
与实施例1不同的是：该钎料管3采用BCu58Zn40Sn1Ni0.55Mn0.25Si0.2钎料，药芯为17%硼砂、70%硼酸、8%氟化钙、2%氟化钾、3%铝粉。
该成品黄铜药芯钎料适合钎焊钢-钢接头。
实施例4
与实施例1不同的是：将含焊丝和铜钎剂的钎料管2通过轧制或拉拔，再制成中径为Φ8.0 mm的单圈环状钎料，并增加压平工艺。
实施例5
与实施例1不同的是将含焊丝和铜钎剂的钎料管2通过轧制或拉拔，再绕制成中径为Φ6.0 mm、圈数为3圈、节距（相邻两圈对应点在中径上的轴向距离）为0.75 mm的簧状钎料环。
实施例6
与实施例1不同的是：加入的焊丝为HS222。

Claims (8)

1.一种自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：它包括由带状黄铜基钎料旋转卷制成的具有螺旋状搭接缝（1）的钎料管（2），在所述钎料管（2）内包裹有焊丝（3）和由铜钎剂、还原剂和助流剂配制而成的药芯（4）。
2.根据权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：所述焊丝（3）位于所述药芯（4）的中心位置处，所述焊丝（3）为单根或由两根以上组成的丝束。
3.根据权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：所述螺旋状搭接缝（1）的搭接宽度为0.2~5mm。
4.根据权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：所述钎料管（2）的的壁厚为0.1～0.8mm，其横截面为圆形、扁圆形、椭圆形或多边形。
5.根据权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：所述药芯占成品黄铜药芯钎料总重量的4～20%。
6.根据权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：所述药芯为无机氟化物、氟硼酸钾、硼酐、硼酸、氟铝酸钾、硼酸盐、单质硼、单质铝粉中的至少一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料，其特征在于：所述焊丝为紫铜、黄铜或青铜合金。
8.权利要求1所述的自带还原剂、助流剂的黄铜药芯钎料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
第一步，按照常规方法熔炼黄铜基钎料铸锭；
第二步，将铸锭加工成厚度0.1～0.8mm、宽度3.0~26.0mm的带状黄铜基钎料；
第三步，将带状黄铜基钎料旋转卷制成具有螺旋状搭接缝（1）的钎料管（2），在卷制过程中，将焊丝（3）和药芯（4）加入钎料管内；
第四步，将第三步卷制好的钎料管通过轧制或拉拔的方法制成黄铜药芯钎料丝、棒、黄铜药芯钎料环或至少沿轴向绕制两圈的黄铜药芯钎料螺旋环。
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