CN105598168A - 一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，包括熔体保温炉、带铸造孔的保温板、导轮、喷水器、引杆、轧机；其中所述带铸造孔的保温板固定连接在熔体保温炉侧面，所述喷水器置于铸造孔正后方的上部，轧机位于铸造孔的正后方，引杆插入铸造孔内并安装于牵引机上，而所述引杆通过所述导轮。本发明所提供一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置及成型方法，实现了难成型锡铋合金焊丝的短流程加工，显著缩短生产工序。

Description

一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及金属加工领域，具体涉及一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置及成型方法。

背景技术

锡铋合金焊丝是一种低温合金焊丝，其成分配比(质量百分比)为锡43％，铋含量57％，是一种二元共晶合金，常压下熔点仅有139℃，且该合金的流动性好，抗氧化性能突出。因此具有极好的低温钎焊性能，在低温钎焊领域具有良好的应用前景。

然而，锡铋合金也是一种塑很差的金属。由于合金是一种共晶合金，其合金组织为锡与铋的机械混合物，相组成为锡相与铋相，两者相互的固溶度很低，而铋的塑性极低，在一般条件下几乎没有塑性。因此锡铋合金在一般条件下塑性极差，延伸率不足0.5％，在现在焊丝生产技术和设备条件下，无法塑性成型。

焊丝是一种线材，其规格一般为Ф0.1～Ф3.0mm，一般先通过制杆后，依靠多道次拉伸，最终制成各种规格的丝材。在制杆工序中，一般通过挤压或直接铸杆进行。目前铸杆技术均设计有结晶器，导致铸造牵引阻力较大，无法连续铸造出Ф6mm以下的杆料；挤压法生产锡铋合金丝也存在塑性较差而无法实现大变形量挤压的问题。此外，由于锡铋合金极差的塑性，更难以实现连续拉伸变形，因此目前难以顺利的生产这类焊丝。只得依靠多道次挤压、极小变形量的多道次拉伸进行生产，道次过多，生产工序长，生产效率极其低下。

发明内容

发明人在大量的实验研究中发现，锡铋合金丝的塑性能力与变形速率和变形温度密切相关：随变形速率的降低，合金塑性大幅提高，在极慢的变形速率下还可形成超塑性；在高温下(80～120℃)的塑性能在一定程度上提高。

因此，如能实现小规格(≤Ф3.0mm)锡铋合金铸杆的连续铸造，并利用铸杆余温进行拉伸或轧制，则可直接制备较小直径的合金线材，可显著缩短生产工艺流程。

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置及成型方法，以实现难成型锡铋合金焊丝的短流程加工，显著缩短生产工序。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，包括熔体保温炉、带铸造孔的保温板、导轮、喷水器、引杆、轧机；其中所述带铸造孔的保温板固定连接在熔体保温炉侧面，所述喷水器置于铸造孔正后方的上部，轧机位于铸造孔的正后方，引杆插入铸造孔内并安装于牵引机上，而所述引杆通过所述导轮。

作为优选，所述保温板采用耐高温无机非金属材料。

作为优选，所述铸造孔为圆形孔，孔径大小依据不同产品规格来确定。

作为优选，所述引杆为金属圆杆，其直径略小于铸造孔直径，略大于拟制备的成品杆直径。

作为优选，所述轧机同时作为牵引机。

进一步作为优选，所述轧机为孔型轧机，采用两辊轧机或三辊轧机，孔型大小略小于引杆直径，且轧辊间距可调，轧辊转速可调。

作为优选，所述喷水器上设置有流量计、水温计或水压计中的一个或几个。可通过测量仪表作为冷却强度控制的依据。

作为优选，设置有喷淋水存储箱通过泵连通于所述喷水器，设于所述喷水器喷出口的正下方。这样设计可以使得喷淋水喷淋出来的水重新回到喷淋水存储箱，然后通过泵再次回到喷水器中喷出，喷淋水循环使用。

作为优选，所述牵引机的后方布置收卷系统，实现线坯的卷取。

一种利用上述锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置的成型方法，包括以下步骤：

(1)安装：将所述锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置安装好，将保温板上的铸造孔用石棉塞实；

(2)保温：将熔化并精炼好的锡铋合金液置于熔体保温炉内，使液面高于铸造孔10-30mm，并对熔体进行保温，保温温度为150～180℃之间；

(3)引杆准备：用引杆的一端将石棉捅开，并留于铸造孔中，引杆另一端通过导轮后固定于轧机的孔型当中，将孔型调整到位；同时打开喷水器，调节喷水器的水量及喷淋位置，使喷淋位置处于铸造孔外100mm距离区间的引杆上；

(4)引杆：将轧机启动，并调节线速度，轧机将引杆向外带出，线坯随引杆被牵出，此时通过调节轧辊转速和喷淋水量使牵引更加稳定；

(5)轧制：当线坯进入轧辊后，利用线坯尚存的温度进行轧制，轧制出相应线径的合金丝；随着牵引和轧制的不断进行，及时补充熔体保温炉内的合金液以保持液位稳定，则实现了锡铋合金焊丝的连续铸造和连续轧制。

本发明的有益效果在于：

1、在连续铸造中采用“铸造孔+外置喷水冷却”，代替了结构复杂的结晶器，不仅使生产设施得到节约，更由于铸造阻力的减小，使得连续铸造小规格线坯成为可能，本技术可实现Ф3mm以下的极小规格锡铋合金线坯的连铸，显著缩短线材生产工序，这是含结晶器的连铸系统无法达到的。大大缩短了工艺流程，大大节约了生产成本。

2、由于连铸方案不需要安装结晶器，铸造工艺空间显著缩小，故可在熔体保温炉上同时密集安装很多个本发明所述的加工装置，一台炉上可同时制备极多数量的锡铋合金线坯，大大提高了生产效率。

3、由于摒弃了结晶器，使得安装和生产操作简便，特别是当铸造发生异常需要更换铸造装置时，相对于更换结晶器的复杂，本发明只需更换带铸造孔的保温板即可。

4、本发明形成的冷却梯度为线坯轴向，故结晶时铸造晶粒的生长取向以轴向为主，与后期变形方向一致，这类晶粒组织有力的提高了线坯的轴向变形能力，对后续制线过程中的轧制或拉伸变形极为有利。

5、本发明利用了线坯的余温进行连续精密轧制，提高了锡铋合金的塑性变形能力，使变形量增加，提高生产效率。

6、通过选择不同的铸造孔大小和轧辊孔型大小，便可以生产不同规格的锡铋合金焊丝，或者尽可能生产线径小的合金线，大幅减少生产Ф1.0mm以下小规格焊丝的后续拉伸的道次。

附图说明

图1是本发明方法的装置结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，包括熔体保温炉1、带铸造孔2的保温板3、引杆5、导轮6、喷水器4、轧机7。其中带铸造孔2的保温板3由固定装置固定在熔体保温炉1侧面，喷水器4置于铸造孔2正后方不远的上部，轧机7位于铸造孔2的正后方，引杆5在铸造的开始阶段插入铸造孔2内并安装于牵引机上。

进一步地，所述保温板3采用碳化硅板、石棉板或云母板等耐高温无机非金属材料。

进一步地，所述铸造孔2为圆形孔，孔径依据不同产品规格来选取，线坯的直径与铸造孔的直径相当，产品规格越大，则孔径越大。

进一步地，所述引杆5为铜合金等金属杆，引杆5的直径略小于铸造孔2的直径，略大于拟制备的成品杆直径。

进一步地，所述的喷水器4可安装流量计、水压计和水温表等，以实现连铸过程中冷却强度的精准控制。

进一步地，所述的轧机7同时作为铸造过程的牵引机。既完成对铸杆的牵引，又完成对铸杆的轧制成型。

更进一步地，所述的轧机7为两辊或三辊孔型轧机，其孔型大小略小于引杆直径，且轧辊8间距可调，轧辊无级调速。

进一步地，所述牵引机的后方布置收卷系统，实现线坯的卷取。当轧机同时作为牵引机时，则在轧机后方布置所述收卷系统。

进一步地，所述喷水器上设置有流量计、水温计或水压计中的一个或几个。可通过测量仪表作为冷却强度控制的依据。

进一步地，设置有喷淋水存储箱通过泵连通于所述喷水器，设于所述喷水器喷出口的正下方。这样设计可以使得喷淋水喷淋出来的水重新回到喷淋水存储箱，然后通过泵再次回到喷水器中喷出，喷淋水循环使用。

本发明还提供了一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型方法，它包括以下步骤：

(1)安装：将所述锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置安装在铸造线上，将保温板3上的铸造孔2用石棉塞实；

(2)保温：将熔化并精炼好的锡铋合金液9置于熔体保温炉1内，使液面位于铸造孔2上方10-30mm，并对熔体进行保温，保温温度为150～180℃之间；

(3)引杆准备：用引杆5的一头将石棉捅开，并留于铸造孔2中，引杆5的其它部位装于轧机7的辊型中，并调整好轧辊8之间的间距，准备牵引，同时打开喷水器4，调节喷水器4的水量及喷淋位置，使喷淋位置处于铸造孔2外100mm距离区间的引杆5上；

(4)引杆：将轧机7启动，并调节到合适的轧制线速度，线坯将随引杆5被牵出，并由导轮6不断导入轧机7中进行轧制。此时可通过适当调节轧机7的轧制速度和喷水器4的喷淋水量使牵引更加稳定。随着牵引和轧制的不断进行，及时补充熔体保温炉内的锡铋合金液9以保持液位稳定，则实现了小规格锡铋合金线坯的连铸连轧成型。

实施例一：

如图1所示，本发明的装置是由熔体保温炉1、带铸造孔2的保温板3、引杆5、导轮6、喷水器4、轧机7组成的锡铋合金连铸连轧系统，用于制备直径为3.0mm的Sn-58wt％Bi合金线。

首先，将云母质的保温板3的铸造孔2加工成直径为3.6mm，并安装固定于熔体保温炉1的相应位置，用石棉将铸造孔塞严实。选择轧机7中轧辊8的孔型为Ф3.0mm，同时选择导轮轮槽的大小到相应范围，并确定轧辊中心距铸造孔的垂直距离为300-600mm。将熔炼好的成分合格的Sn-58wt％Bi合金熔体9转入熔体保温炉1中，使液面位于铸造孔中心线上方15-30mm。对熔体进行除气、除渣等精炼，在精炼完成后，将熔体温度保温在150℃-160℃。将Ф3.2mm的铜合金引杆5插入铸造孔2中，并确保已将铸造孔2内的石棉捅开，引杆5的其它部位通过导轮6安装于轧机7的两个轧辊8的孔型内。此时打开喷水器4，将水量调节至0.5L/min，水温控制在30±5℃。数分钟后，将轧机7的驱动打开，调节轧制线速度为3-4m/min。随着牵引和轧制的进行，Ф3.0mm的Sn-58wt％Bi合金焊丝被连续轧出，实现了难变形锡铋合金丝的的连铸连轧短流程成型。

实施例二：

本实施例与实例一的不同之处在于，在一台本发明装置上同时制备5根直径为2.5mm的Sn-58wt％Bi合金焊丝。

结合图1，在熔体保温炉1的一侧加工好5个铸造位置，5个铸造位置呈一条水平线均匀紧凑布置，每个铸造位置后相应的安装好相应大小的导轮6、喷水器4。设计长度足够的轧机7和轧辊8，并在轧辊8上开出5个Ф2.5mm的孔型，每个孔型之间的位置与相应的5个铸造位置相对应，与相应的导轮5在同一条直线上。选择5mm厚的石墨板作为保温板3的材料，将5块保温板3的铸造孔2加工成直径为3.1mm，并分别安装固定于熔体保温炉1的5个相应位置，使铸造孔2、导轮6以及相应的轧辊孔型在一条直线上。用石棉将每个铸造孔塞严实。将熔炼好的成分合格的Sn-58wt％Bi合金熔体9转入熔体保温炉1中，使液面位于铸造孔中心线上方10-15mm。对熔炼进行除气、除渣等精炼，在精炼完成后，将熔体温度保温在160℃-180℃。将5根Ф2.6mm的铜合金引杆5安装于导轮6和轧机7中，并依次插入5个保温板3的铸造孔2中，并确保已将每个铸造孔2内的石棉捅开。此时按顺序，逐个打开喷水器4，将每个喷水器4的水量调节至0.3L/min，水温控制在30±5℃。将轧机7的驱动开关打开，调节速度为4-5m/min左右，直至全部牵引成功。随着牵引和轧制的进行，5股Ф2.5mm的Sn-58wt％Bi合金焊丝被连续轧出，实现了难变形锡铋合金丝的的“一炉多线”连铸连轧短流程成型。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，包括熔体保温炉、带铸造孔的保温板、导轮、喷水器、引杆、轧机；其中，所述带铸造孔的保温板固定连接在熔体保温炉侧面，所述喷水器设于铸造孔正后方的上部，轧机位于铸造孔的正后方，引杆插入铸造孔内并安装于牵引机上，而所述引杆通过所述导轮。

2.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述保温板采用耐高温无机非金属材料。

3.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述铸造孔为圆形孔，孔径大小依据不同产品规格来确定。

4.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述引杆为金属圆杆，其直径略小于铸造孔直径，略大于拟制备的成品杆直径。

5.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述轧机同时作为牵引机。

6.根据权利要求1或5所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述轧机为孔型轧机，采用两辊轧机或三辊轧机，孔型大小略小于引杆直径，且轧辊间距可调，轧辊转速可调。

7.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述喷水器上设置有流量计、水温计或水压计中的一个或几个。

8.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，设置有喷淋水存储箱通过泵连通于所述喷水器，设于所述喷水器喷出口的正下方。

9.根据权利要求1所述的锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置，其特征在于，所述牵引机的后方布置收卷系统。

10.一种利用上述任一权利要求所述锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)安装：将所述锡铋合金焊丝的短流程连续成型装置安装好，将保温板上的铸造孔用石棉塞实；

(2)保温：将熔化并精炼好的锡铋合金液置于熔体保温炉内，使液面高于铸造孔10-30mm，并对熔体进行保温，保温温度为150～180℃之间；

(3)引杆准备：用引杆的一端将石棉捅开，并留于铸造孔中，引杆另一端通过导轮后固定于轧机的孔型当中，将孔型调整到位；同时打开喷水器，调节喷水器的水量及喷淋位置，使喷淋位置处于铸造孔外100mm距离区间的引杆上；

(4)引杆：将轧机启动，并调节线速度，轧机将引杆向外带出，线坯随引杆被牵出，此时通过调节轧辊转速和喷淋水量使牵引更加稳定；

(5)轧制：当线坯进入轧辊后，利用线坯尚存的温度进行轧制，轧制出相应线径的合金丝；随着牵引和轧制的不断进行，及时补充熔体保温炉内的合金液以保持液位稳定，则实现了锡铋合金焊丝的连续铸造和连续轧制。