CN105772988A - 一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂 - Google Patents

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李爱农
张思文
况诗婷
任张丰
茅婷玉
肖勇
楼锦泽
杨朕聃
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/362—Selection of compositions of fluxes

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Abstract

本发明涉及焊接技术。一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，其特征在于由KAlF4+K3AlF6共晶粉末、Zn粉、Sn粉、Cu粉、K2SiF6粉末和KBF4粉末混合而成，各原料所占重量百分比为：KAlF4+K3AlF6共晶粉末44%～61%，Zn粉5%～10%，Sn粉10%～20%，Cu粉10%～20%，K2SiF6粉末2%～8%，KBF4粉末2%～8%，各原料所占重量百分比总数为100%。所述的KAlF4+K3AlF6共晶粉末由K3AlF6和KAlF4混合而成，各原料所占重量百分比为（单位：wt%）：K3AlF6 28%，KAlF4 72%。本发明通过在不锈钢和铝合金侧涂刷该种钎剂，促进铝合金和钎料在不锈钢侧的铺展，改变铝合金和不锈钢熔钎焊界面组织的种类及结构，改善致密度，进一步提高了铝合金/不锈钢的连接强度。

Description

一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂
技术领域
本发明涉及焊接技术，具体涉及一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂。
背景技术
随着科技的日益进步和国民经济建设的不断发展，社会对制造设备质轻环保的要求也与日俱增。近年来，不锈钢和铝合金异种金属的复合件凭借铝合金质量轻、比强度高以及不锈钢不但在低温下能保持足够的塑性和韧性，还具有较好的强度的综合性能优势，展现了推动制造业节能安全的发展潜能。但铝和钢存在热物理性能差异大和固溶度较低的问题，在电弧加热过程中，液态钎料在不锈钢表面润湿铺展性差，导致Al-Fe脆性化合物迅速生长，很难实现有效的连接，使铝/钢异种金属的优质连接相对困难。
目前，熔钎焊成为异种金属连接领域中的热门研究方法。国内外许多焊接工作者对此从焊接材料、焊接工艺、界面层控制等方面展开了研究，推动了铝/钢结构件在实际生产中的运用。铝/钢异种金属熔钎焊通常是以电弧为热源对母材及填充材料进行加热，在钢侧实现钎焊，在铝合金侧实现熔焊，焊接接头具有熔焊和钎焊的双重特性。
研究发现，通过在母材表面预涂钎剂、在钎料中添加适量合金元素或者在不锈钢侧镀金属层均能较好的促进钎料的润湿铺展，改善接头性能。但镀层工艺复杂且成本高，不易实现推广。常用的涂层钎剂为无腐蚀性的Nocolok钎剂，即KAlF4+K3AlF6共晶粉末(KAlF4-K3AlF6共晶粉末)，然而单一的Nocolok钎剂润湿铺展效果有限，焊接过程性能不稳定，如果在Nocolok钎剂中添加适量的合金元素及氟化物，可提高钎料在不锈钢侧的铺展性，抑制界面脆性金属间化合物的生长，提高接头强度。
发明内容
本发明的目的在于提拔供一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，通过在不锈钢和铝合金侧涂刷该种钎剂，促进铝合金和钎料在不锈钢侧的铺展，改变铝合金和不锈钢熔钎焊界面组织的种类及结构，改善致密度，进一步提高了铝合金/不锈钢的连接强度。
为实现上述目的，本发明所采用的方案是：一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，其特征在于由KAlF4+K3AlF6共晶粉末、Zn粉、Sn粉、Cu粉、K2SiF6粉末和KBF4粉末混合而成，各原料所占重量百分比(单位：wt％)为：KAlF4+K3AlF6共晶粉末44％～61％，Zn粉5％～10％，Sn粉10％～20％，Cu粉10％～20％，K2SiF6粉末2％～8％，KBF4粉末2％～8％，各原料所占重量百分比总数为100％。
所述的KAlF4+K3AlF6共晶粉末由K3AlF6和KAlF4混合而成，各原料所占重量百分比为(单位：wt％)：K3AlF6(六氟铝酸钾)28％，KAlF4(四氟铝酸钾)72％。
本发明是在KAlF4+K3AlF6共晶粉末的基础上复合加入适量的Zn、Sn、Cu合金粉末，辅加少量可以提高界面活性的K2SiF6和具有排气除渣功效的KBF4，使得界面组织及性能得到改善。
本发明的有益效果是，以KAlF4+K3AlF6共晶粉末为主要基体，可以保证钎剂在不锈钢和铝合金侧的粘接性和涂敷性。熔钎焊过程中，一方面，溶有适量Zn、Sn和Cu的铝合金液在不锈钢界面有较好的展铺性，且不锈钢侧含有Zn、Sn、Cu的未熔钎剂可阻碍界面处Al、Fe原子分别向不锈钢侧及铝液中的扩散，从而在不锈钢侧形成一种固溶体相α-Fe(成分接近不锈钢，主要含微量Al、Cu元素)；另一方面，Cu原子与Fe原子相似，在铝合金液与不锈钢的结合界面上可部分取代脆性的Al-Fe金属间化合物中的Fe原子，在焊缝铝合金侧形成(Fe，Cu)4Al13金属间化合物相，改善了组织形态，在不锈钢侧的α-Fe相上则形成了(Fe，Cu)2Al5相金属间化合物。使得熔钎焊层的致密性、界面组织及形态得到改善，从而提高了熔钎焊接头的力学性能。
附图说明
图1为本发明铝合金/不锈钢熔钎焊试验的搭接示意图，其中,发明钎剂涂刷在不锈钢和铝合金搭接区域及其周边位置。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明的内容作进一步解释，但保护范围并不因此而有所局限。
下述实施例中，所述的KAlF4+K3AlF6共晶粉末由K3AlF6和KAlF4混合而成，各原料所占重量百分比为(单位：wt％)：K3AlF6(六氟铝酸钾)28％，KAlF4(四氟铝酸钾)72％。
实施例1：
一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，由KAlF4+K3AlF6共晶粉末、Zn粉、Sn粉、Cu粉、K2SiF6粉末和KBF4粉末混合而成，各原料所占重量百分比数为：KAlF4+K3AlF6共晶粉末52％，Zn粉8％，Sn粉15％，Cu粉15％，K2SiF6粉末5％，KBF4粉末5％。
实验母材选用尺寸均为3mm的6061铝合金板和奥氏体不锈钢板，采用尺寸为Φ2.0mm*500mm的铝-硅药芯焊丝，在交流TIG电弧下，进行搭接试验，如图1所示。焊前，用钢丝刷除去母材表面的油污和氧化膜，并用蘸有酒精的棉签擦拭之后，将上述钎剂用丙酮调成微粘稠状，使用细毛刷均匀地涂刷在不锈钢板和铝合金板搭接位置和周边区域。
结果表明：焊接过程中电弧稳定，铝合金和钎料在不锈钢表面的铺展性良好，而且有一定的铝合金液体包覆在不锈钢搭接边角处，焊接应力小，熔钎焊接头成形美观，残渣易清洗，焊缝的气孔少。拉伸试验显示，接头断裂于靠近铝合金侧的焊缝区域，抗拉强度达到124MPa。
实施例2：
一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，由KAlF4+K3AlF6共晶粉末、Zn粉、Sn粉、Cu粉、K2SiF6粉末和KBF4粉末混合而成，各原料所占重量百分比数为：(KAlF4+K3AlF6)共晶粉末44％，Zn粉10％，Sn粉20％，Cu粉10％，K2SiF6粉末8％，KBF4粉末8％。
试验方案同实施例1，结果表明：焊接过程中电弧稳定，铝合金和钎料在不锈钢表面的铺展性良好，而且有一定的铝合金液体包覆在不锈钢的搭接边角处，焊接应力小，熔钎焊的接头成形美观，残渣易清洗，焊缝的气孔少。拉伸试验显示，接头断裂于靠近铝合金侧的焊缝区域，抗拉强度达到109MPa。
实施例3：
一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，由KAlF4+K3AlF6共晶粉末、Zn粉、Sn粉、Cu粉、K2SiF6粉末和KBF4粉末混合而成，各原料所占重量百分比数为：KAlF4+K3AlF6共晶粉末61％，Zn粉5％，Sn粉10％，Cu粉20％，K2SiF6粉末2％，KBF4粉末2％。
试验方案同实施例1，结果表明：焊接过程中电弧稳定，铝合金和钎料在不锈钢表面的铺展性良好，同时有一定的铝合金液体包覆在不锈钢的搭接边角处，焊接应力小，熔钎焊的接头成形美观，残渣易清洗，焊缝的气孔少。拉伸试验显示，接头断裂于靠近铝合金侧的焊缝区域，抗拉强度达到118MPa。

Claims (2)

1.一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，其特征在于由KAlF4+K3AlF6共晶粉末、Zn粉、Sn粉、Cu粉、K2SiF6粉末和KBF4粉末混合而成，各原料所占重量百分比为：KAlF4+K3AlF6共晶粉末44%～61%，Zn粉5%～10%，Sn粉10%～20%，Cu粉10%～20%，K2SiF6粉末2%～8%，KBF4粉末2%～8%，各原料所占重量百分比总数为100%。
2.根据权利要求1所述的一种含铜的铝合金/不锈钢熔钎焊钎剂，其特征在于，所述的KAlF4+K3AlF6共晶粉末由K3AlF6和KAlF4混合而成，各原料所占重量百分比为：K3AlF6（六氟铝酸钾）28%，KAlF4（四氟铝酸钾）72%。
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