CN105014256A - 一种铝合金硬钎焊板材及硬钎焊组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金硬钎焊板材及硬钎焊组件，硬钎焊板材包括包覆材料层、芯材层和置于所述包覆材料层和芯材层之间的铝硅合金硬钎焊材料层，所述包覆材料层和所述芯材层由固相线温度高于所述硬钎焊材料层的液相线温度的铝合金构成，该硬钎焊板材和组件既可以应用在可控气氛的无焊剂硬钎焊工艺中，也可以应用在使用钎焊剂的可控气氛硬钎焊工艺中。

Description

一种铝合金硬钎焊板材及硬钎焊组件

技术领域

本发明涉及一种钎焊板材，特别涉及一种铝合金硬钎焊板材和组件。

背景技术

硬钎焊板材在热交换器中及其它类似设备中有着广泛的应用。传统的硬钎焊产品具有由轧制板构成的芯部，在芯部的至少一个表面上有的铝包覆层。铝包覆层由含有2-18％重量且的硅合金制造。铝包覆层可以被连接到芯部上，例如通过辊压接合、包覆物喷涂成形或半连续浇铸或连续浇铸方法。这些铝包覆层通常具有540℃到610℃的液相线温度。

在工业规模的热交换器制造中使用了多种硬钎焊方法。

有一种真空硬钎焊(“VB”)，它在相对低的大气压下进行。为了获得接合最佳条件，常用于真空硬钎焊的合金有目的地添加有1％或更少的镁。当镁在硬钎焊过程中从硬焊板材中蒸发出来时，镁可以破坏填料合金的坚硬氧化膜，并且蒸发出的镁可以作为吸气剂，用于移除留在硬钎焊炉内的氧气和水份。

另一钟钎焊方法是不使用钎焊剂的CAB，这种方法目前尤其被用在通过对很难使用焊剂的热交换器内表面进行钎焊以形成接合的场合。硬钎焊板具有铝芯合金，在其一面或两面上包覆有铝硅基填料合金。

欧洲专利FP1306207B1公开另一种无焊剂钎焊工艺，其处于含有非常低的氧含量且最高500ppm的惰性气氛中。此外，公开一种硬钎焊板材，其包括铝芯合金，在铝芯合金的一面或两面上包覆含有0.1-5％重量的镁和0.1-5％重量的铋的铝硅合金硬钎焊金属作为中间层，并且薄包覆材料包覆在铝硅合金硬钎焊合金上。在硬钎焊作业中，中间层中的硬钎焊材料随钎焊时的温度升高被熔化，但硬钎焊材料表面不会发生氧化，因为该表面被薄包覆材料包覆，薄包覆材料仍为固态。当温度进一步升高，熔点较低的部分例如接近熔化的钎焊材料的薄包覆材料的熔析部分局部熔化，然后，硬钎焊材料由于体积膨胀而从薄包覆材料表面渗出并在其上扩散。硬钎焊材料表面随后形成没有氧化膜的新生表面，并且由于存在惰性气氛，所以不会发生新的强烈氧化。应当使用按照所要求范围的足量的镁和铋，因为它们能耗用邻近气氛中的氧并防止熔化的硬钎焊材料和熔化的薄包覆材料的表面氧化。

在此基础上，人们要求进一步改善硬钎焊板和硬钎焊工艺，借此无需为组件内表面提供钎焊剂。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铝合金硬钎焊板材及硬钎焊组件，以达到可以应用在可控气氛的无焊剂硬钎焊工艺中的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种铝合金硬钎焊板材，包括包覆材料层、芯材层和置于所述包覆材料层和芯材层之间的铝硅合金硬钎焊材料层，所述包覆材料层和所述芯材层由固相线温度高于所述硬钎焊材料层的液相线温度的铝合金构成，所述硬钎焊材料层中含有0.02～0.08％重量的镁以及0.01～0.5％重量的铋，所述铝合金硬钎焊板材中镁的总量少于0.06％，所述包覆材料层的厚度为所述铝合金硬钎焊板材总厚度的0.1～10％。

优选的，所述铝合金硬钎焊板材中镁的含量少于0.04％。

优选的，所述硬钎焊材料层的厚度为所述所述铝合金硬钎焊板材总厚度的5～20％。

优选的，所述硬钎焊材料层和所述包覆材料层的厚度比大于4∶1。

优选的，所述硬钎焊材料层中包含0.01～0.1％重量的铋。

优选的，所述硬钎焊材料层中包含0.1～5％重量的锌，0.01～0.5％重量的铟以及0.01～0.5％重量的锡中的一种或多种。

优选的，所述芯材层为铝合金，含有0.5～2.0％重量的锰，1～1.2％重量的铜，0～1.0％重量的硅，0～0.9％重量的铁，0～0.03％重量的镁，其它元素和杂质的含量均小于0.05％，其余为铝。

优选的，所述包覆材料层为不含镁的铝合金，含有0～0.5％重量的铁，4.0～10.0％重量的硅，0～1.0％重量的铜，0～0.5％重量的锌，0～0.25％重量的钛，0～0.1％重量的锶，其它元素和杂质的含量均小于0.05％，其余为铝。

优选的，所述铝合金硬钎焊板材中硅的含量为0～1.0％。

一种由铝合金硬钎焊板材构成的硬钎焊组件，其制造方法包括以下步骤：第一步，成形各零件，其中至少一个零件由所述的铝合金硬钎焊板材制成；第二步，组装多个零件成一个组件；第三步，在惰性气体氛围中，在不使用焊剂的情况下硬钎焊该组件，使填料能熔化和扩散；第四步，冷却硬钎焊组件。

通过上述技术方案，本发明提供的铝合金硬钎焊板材包括包覆材料层、芯材层和置于所述包覆材料层和芯材层之间的铝硅合金硬钎焊材料层，所述包覆材料层和所述芯材层由固相线温度高于所述硬钎焊材料层的液相线温度的铝合金构成，从而当硬钎焊板材在钎焊操作中被熔化时，熔化的硬钎焊材料渗透到薄包覆材料层的表面上，其既可以应用在可控气氛的无焊剂硬钎焊工艺中，也可以应用在使用钎焊剂的可控气氛硬钎焊工艺中。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种铝合金硬钎焊板材及硬钎焊组件，其既可以应用在可控气氛的无焊剂硬钎焊工艺中，也可以应用在使用钎焊剂的可控气氛硬钎焊工艺中。

该铝合金硬钎焊板材，包括包覆材料层、芯材层和置于所述包覆材料层和芯材层之间的铝硅合金硬钎焊材料层，所述包覆材料层和所述芯材层由固相线温度高于所述硬钎焊材料层的液相线温度的铝合金构成，所述硬钎焊材料层中含有0.02～0.08％重量的镁以及0.01～0.5％重量的铋，所述铝合金硬钎焊板材中镁的总量少于0.06％，所述包覆材料层的厚度为所述铝合金硬钎焊板材总厚度的0.1～10％。

对本发明比较重要的是铝合金硬钎焊板材中镁的含量，总含量要控制在少于0.04％，最好要少于0.03％，当前，在制造铝合金钎焊板时的质量和控制机构允许镁的指标和控制具有±0.01％或更高的精度。

硬钎焊材料层的厚度为所述所述铝合金硬钎焊板材总厚度的5～20％，该铝合金钎焊板的厚度通常为0.05～4mm。

硬钎焊材料层和所述包覆材料层的厚度比大于4∶1。

硬钎焊材料层中包含0.01～0.1％重量的铋，其中铁的含量主要取决于合金的来源，最高可到0.8％，优选不超过0.6％。钛可以存在于硬钎焊材料中，作为晶粒细化元素，其含量最高为0.2％，优选最高为0.15％。余量由不可避免的杂质和铝构成。

在实施例一中，锰可以按0.2～0.8％的范围存在于硬钎焊材料层中，以提高硬钎焊板材的耐蚀性。当锰添加量低于0.2％时，没有耐蚀性。锰含量优选为最少0.3％，以提供更高的耐蚀性。对于合金的性能，锰含量应当不超过1.0％，优选最高为0.8％，因为超过这个水平，改善的耐蚀性将减弱。在有目的添加锰的实施例中，锰/铁的重量比优选至少为1，最好至少为2。

硬钎焊材料层中包含0.1～5％重量的锌，0.01～0.5％重量的铟以及0.01～0.5％重量的锡中的一种或多种。

在实施例二中，铝硅合金硬钎焊材料层进一步包含选自包括Bi、Pb、Li、Sb和Th中的一种或多种润湿元素，该润湿元素的总量在约0.01％～0.5％的范围。在一个优选实施例中，在润湿元素中选择元素Bi，其含量范围在0.01％到0.5％的范围，优选为约0.01％到0.1％，因为该元素是在钎焊作业中最有效的润湿元素。

在实施例三中，铝硅合金硬钎焊材料层进一步包含选自由0.1～5％的Zn、0.01～0.5％的In和0.01～0.5％的Sn中的一种或多种元素。这些合金元素通过使硬钎焊材料相比于芯材更具牺牲性来增强芯材耐蚀性。当含量低于下限时，牺牲阳极效应将不足以产生该效应，而当含量高于上限时，牺牲阳极效应将不会进一步改善耐蚀性，而合金却更难于制造。

芯材层为铝合金，含有0.5～2.0％重量的锰，1～1.2％重量的铜，0～1.0％重量的硅，0～0.9％重量的铁，0～0.03％重量的镁，其它元素和杂质的含量均小于0.05％，其余为铝。其中，镁的含量优选的不高于0.015％。

实施例四中，包覆材料层是不含镁的薄包覆材料层，铝硅合金硬钎焊材料层作为中间层置于包覆材料层和芯材层之间，其中包覆材料层和芯材层由其固相线温度高于铝硅合金硬钎焊材料的液相线温度的铝合金构成，因而熔化的硬钎焊材料在随后处于在液相线温度和固相线温度之间的温度下的钎焊作业中引起铝硅合金硬钎焊材料层熔化，而同时保持包覆材料层为固态的，以防止熔化的硬钎焊材料氧化，随后引起铝硅合金硬钎焊材料因体积膨胀而经过薄包覆材料层的熔析部分渗透到薄包覆材料层的表面上并在薄包覆材料上扩散，从而形成带来钎焊接头的新生表面。

其固相线温度高于硬钎焊材料的液相线温度的铝合金被用于薄包覆材料层和芯材层。在使用本发明的硬钎焊板材进行钎焊操作时的温度应当是一个硬钎焊材料熔化但唯有包覆材料未熔化的温度，即高于硬钎焊材料的液相线温度但低于薄包覆材料的固相线温度的一个温度，通常在约540℃到610℃之间，并且最好在约560℃到605℃之间。

包覆材料层为不含镁的铝合金，以避免在钎焊操作中形成氧化层。实际上，这将意味着镁作为含量非常低的杂质或杂质元素存在，典型小于0.05％，理想地在小于0.01％的水平上，最好小于0.007％。更优选的是铝合金几乎不含镁。“几乎不含”是指在化学成分中没有有目的地添加镁，但由于有来自与制造设备接触的杂质和/或漏泄，微量的镁仍然能进入到铝合金产品中。

包覆材料层为不含镁的铝合金，含有0～0.5％重量的铁，4.0～10.0％重量的硅，0～1.0％重量的铜，0～0.5％重量的锌，0～0.25％重量的钛，0～0.1％重量的锶，其它元素和杂质的含量均小于0.05％，其余为铝。

铝合金硬钎焊板材中硅的含量为0～1.0％。

一种由铝合金硬钎焊板材构成的硬钎焊组件，最典型的例子是油冷器，其制造方法包括以下步骤：第一步，成形各零件，其中至少一个零件由所述的铝合金硬钎焊板材制成；第二步，组装多个零件成一个组件；第三步，在惰性气体氛围中，在不使用焊剂的情况下硬钎焊该组件，使填料能熔化和扩散；第四步，冷却硬钎焊组件，通常冷却到低于100℃。

理想的是，当将多个零件组装成适合通过硬钎焊接合的组件时，具有包覆材料层的本发明硬钎焊板的一面被保持在组件内侧，从而使硬钎焊板成形为构成空心结构。当使用本发明的硬钎焊板材时，在钎焊操作中不需要使用焊剂来获得好的接合。

通过本发明，我们可以发现，向铝合金硬钎焊材料中添加少量的镁，可以使得该钎焊材料被应用于可控气氛的钎焊工艺。在具有一个或者多个难以使用钎焊剂的内表面的钎焊组件钎焊过程中，该钎焊材料是很好的选择。油冷器通常是由多块板构成，不得不在内部和外部都进行钎焊，由于钎焊周期长，所以油冷器的外部必须使用钎焊剂以便于钎焊。由于钎焊周期长，所以即使是在控制气氛环境下，也会产生过量的氧化物，因此减弱了形成可靠接头的能力。所施用的钎焊剂显著抑制了氧化程度。并且，使用本发明的硬钎焊板材，不需要施用钎焊剂就能在内表面获得优良的硬焊接头。

本发明提供的铝合金硬钎焊板材包括包覆材料层、芯材层和置于所述包覆材料层和芯材层之间的铝硅合金硬钎焊材料层，所述包覆材料层和所述芯材层由固相线温度高于所述硬钎焊材料层的液相线温度的铝合金构成，从而当硬钎焊板材在钎焊操作中被熔化时，熔化的硬钎焊材料渗透到薄包覆材料层的表面上，其既可以应用在可控气氛的无焊剂硬钎焊工艺中，也可以应用在使用钎焊剂的可控气氛硬钎焊工艺中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铝合金硬钎焊板材，包括包覆材料层、芯材层和置于所述包覆材料层和芯材层之间的铝硅合金硬钎焊材料层，其特征在于，所述包覆材料层和所述芯材层由固相线温度高于所述硬钎焊材料层的液相线温度的铝合金构成，所述硬钎焊材料层中含有0.02～0.08％重量的镁以及0.01～0.5％重量的铋，所述铝合金硬钎焊板材中镁的总量少于0.06％，所述包覆材料层的厚度为所述铝合金硬钎焊板材总厚度的0.1～10％。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述铝合金硬钎焊板材中镁的含量少于0.04％。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述硬钎焊材料层的厚度为所述所述铝合金硬钎焊板材总厚度的5～20％。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述硬钎焊材料层和所述包覆材料层的厚度比大于4∶1。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述硬钎焊材料层中包含0.01～0.1％重量的铋。

6.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述硬钎焊材料层中包含0.1～5％重量的锌，0.01～0.5％重量的铟以及0.01～0.5％重量的锡中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述芯材层为铝合金，含有0.5～2.0％重量的锰，1～1.2％重量的铜，0～1.0％重量的硅，0～0.9％重量的铁，0～0.03％重量的镁，其它元素和杂质的含量均小于0.05％，其余为铝。

8.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述包覆材料层为不含镁的铝合金，含有0～0.5％重量的铁，4.0～10.0％重量的硅，0～1.0％重量的铜，0～0.5％重量的锌，0～0.25％重量的钛，0～0.1％重量的锶，其它元素和杂质的含量均小于0.05％，其余为铝。

9.根据权利要求1所述的一种铝合金硬钎焊板材，其特征在于，所述铝合金硬钎焊板材中硅的含量为0～1.0％。

10.一种由如权利要求1至9中任一项所述的铝合金硬钎焊板材构成的硬钎焊组件，其特征在于，该硬钎焊组件的制造方法包括以下步骤：第一步，成形各零件，其中至少一个零件由所述的铝合金硬钎焊板材制成；第二步，组装多个零件成一个组件；第三步，在惰性气体氛围中，在不使用焊剂的情况下硬钎焊该组件，使填料能熔化和扩散；第四步，冷却硬钎焊组件。