CN106238947B - 一种铜磷锡药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铜磷锡药芯焊丝及其制备方法，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：85‑95%的Cu‑15P中间合金粉、0‑3.5%的Ag粉、0‑5%的Sn粉和0.5‑11.5%的钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5‑5.6之间，药芯的填充率为53%；本发明有效解决了黄铜钎焊时流铺性差、钎缝强度低的问题，克服了传统制备技术中高磷铜磷锡焊丝难加工的难题。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金钎焊材料技术领域，具体涉及到一种铜磷锡药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
铜磷锡焊丝以其低的熔点，良好的钎焊工艺性能，特有的自钎作用(对紫铜钎焊)以及低廉的价格等优点，广泛应用于空调、制冷行业中紫铜及黄铜管件的钎焊。
但是，目前铜磷锡焊丝在制备技术和焊丝性能方面均存在不足，严重限制了铜磷锡焊丝的应用。
制备技术方面：铜磷锡焊丝中P元素含量大于7.5%（质量%）时，铜磷易形成熔化温度为714℃的低熔共晶，其组织由(Cu)+（Cu3P）组成。Cu3P为脆性相。目前普遍认为焊丝中的P元素含量大于7.5%（质量%）时难以甚至根本无法制备铜磷细丝，然而铜磷锡细丝恰恰是家电行业、电子行业、五金制品行业广泛使用的钎焊材料，因此如果不能有效地解决前述技术问题，那么势必会影响我国家电企业、五金制品企业的市场竞争力。
焊丝性能方面：现有的铜磷锡焊丝在黄铜上的流铺性差，在焊接紫铜与黄铜构件时仍需一边煨热粘钎剂一边施焊。该钎焊工艺复杂、效率低、不易准确控制钎剂量，经常出现钎剂添加过多或添加不均匀现象，造成钎剂浪费且钎剂残渣较难清洗，易腐蚀接头。
针对上述问题，改进焊丝制备技术，研制出P元素含量高、流铺性好且具强自钎性的铜磷锡药芯焊丝，成为铜合金构件连接制造中急需解决的技术问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种铜磷锡药芯焊丝及其制备方法，其有效解决了黄铜钎焊时流铺性差、钎缝强度低的问题，克服了传统制备技术中高磷铜磷锡焊丝难加工的难题。
本发明所采用的技术方案是：一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：85-95%的Cu-15P中间合金粉、0-3.5%的Ag粉、0-5%的Sn粉和0.5-11.5%的钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%。
所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
药芯焊丝的直径为1.0-3.5mm。
一种制备铜磷锡药芯焊丝的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取一定长度的壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管并对该段紫铜管质量进行计算，然后根据权利要求1所述的药芯填充率和计算的紫铜管质量，计算出应加药芯质量；
步骤二、按照权利要求1中所述的比例分别称取Cu-15P中间合金粉、Ag粉、Sn粉和钎剂粉，并将称取的各组分混合后放入混粉机中混合均匀后，备用；
步骤三、将经步骤二处理后的药芯在温度为120℃-300℃的条件下烘干1.5-2小时，制得烘干药芯，备用；
步骤四、按照步骤一计算的药芯质量称取经步骤三处理后的烘干药芯，备用；
步骤五、将步骤一选取的紫铜管一端底部热压入紫铜棒进行封口，然后将步骤四称取的烘干药粉在振动条件下加入紫铜管中，继续振动直至药粉的压实密度达到5.5-5.6之间，备用；
步骤六、将紫铜管的另一端再次热压入紫铜棒进行封口，然后经辊轧、拉拔后形成产品。
本发明的有益效果：
1、本发明以铜磷合金粉、钎剂粉、锡粉作为药芯主组分包裹到紫铜管中，热压入紫铜棒封口，通过辊轧、拉拔减径为铜磷锡药芯焊丝，既解决了高磷铜磷锡焊丝脆性大、难加工的问题，又增强了焊丝自钎性。
2、本发明药芯焊丝与传统实芯焊丝相比，具有高塑性、速流性、强自钎性等优点，能够有效适用于火焰钎焊、炉中钎焊或铜合金自动焊。
3、本发明药芯焊丝用于钎焊黄铜时，无需添加焊剂，具有操作方便，适用性强的特点。该焊丝还可用于铜合金的自动焊，大大提高生产效率。
4、本发明所提供的铜磷锡药芯焊丝中，各组分的作用如下：
P：易与Cu形成低熔共晶，显著降低焊丝熔点，在空气中钎焊紫铜时起自钎剂作用。
Ag：易与P、Cu形成三元低熔共晶，进一步降低焊丝熔点，提高焊丝韧性。
Sn：显著降低焊丝熔点和提高其流铺性。
钎剂粉：具有强烈溶解氧化物的能力、增强焊丝流铺性。在本发明中作为药芯组分包覆其中，显著提高焊丝的自钎性。
附图说明
图1为传统实心铜磷锡焊丝的铺展形貌图；
图2为实施例8的铜磷锡药芯焊丝的铺展形貌图。
具体实施方式
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：85-95%的Cu-15P中间合金粉、0-3.5%的Ag粉、0-5%的Sn粉和0.5-11.5%的钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%。
进一步，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
再进一步，根据需要，选择不同的辊轧机拉丝模模具，可轧制不同直径的药芯焊丝。轧制的药芯焊丝直径范围在1.0-3.5mm，得到最终产品。
一种制备铜磷锡药芯焊丝的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取一定长度的壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管并对该段紫铜管质量进行计算，然后根据权利要求1所述的药芯填充率和计算的紫铜管质量，计算出应加药芯质量；
步骤二、按照权利要求1中所述的比例分别称取Cu-15P中间合金粉、Ag粉、Sn粉和钎剂粉，并将称取的各组分混合后放入混粉机中混合均匀后，备用；
步骤三、将经步骤二处理后的药芯在温度为120℃-300℃的条件下烘干1.5-2小时，制得烘干药芯，备用；
步骤四、按照步骤一计算的药芯质量称取经步骤三处理后的烘干药芯，备用；
步骤五、将步骤一选取的紫铜管一端底部热压入紫铜棒进行封口，然后将步骤四称取的烘干药粉在振动条件下加入紫铜管中，继续振动直至药粉的压实密度达到5.5-5.6之间，备用；
步骤六、将紫铜管的另一端再次热压入紫铜棒进行封口，然后经辊轧、拉拔后形成产品。
以下结合实施例进一步阐释本发明。
采用本实验的“FCWM50被动拉拔式药芯焊丝机”制备铜磷锡药芯焊丝。各种配比药粉压实密度在5.5-5.6之间，药粉填充率53%。通过多次试验，壁厚2mm、内径Φ16mm的紫铜管能把各配比的药粉包覆严实。取紫铜管长度为3米，质量算出约为3019.7克。根据药粉填充率53%，算出应填入药粉3405克。该质量恰好等于或稍低于与紫铜管芯部体积相等的压实药粉质量。根据药芯中各组分的质量百分比、算出各组分含量，然后均匀混合在一起备用。将紫铜管端部热压紫铜棒封口，加入配制好的药粉，经辊轧、拉拔减径后得到所需直径的铜磷锡药芯焊丝。
实施例1
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：85%Cu-15P中间合金粉，0%Ag粉，5%Sn粉，10%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
一种制备铜磷锡药芯焊丝的方法，包括以下步骤：
步骤一、选取一定长度的壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管并对该段紫铜管质量进行计算，然后根据权利要求1所述的药芯填充率和计算的紫铜管质量，计算出应加药芯质量；
步骤二、按照权利要求1中所述的比例分别称取Cu-15P中间合金粉、Ag粉、Sn粉和钎剂粉，并将称取的各组分混合后放入混粉机中混合均匀后，备用；
步骤三、将经步骤二处理后的药芯在温度为120℃-300℃的条件下烘干1.5-2小时，制得烘干药芯，备用；
步骤四、按照步骤一计算的药芯质量称取经步骤三处理后的烘干药芯，备用；
步骤五、将步骤一选取的紫铜管一端底部热压入紫铜棒进行封口，然后将步骤四称取的烘干药粉在振动条件下加入紫铜管中，继续振动直至药粉的压实密度达到5.5-5.6之间，备用；
步骤六、将紫铜管的另一端再次热压入紫铜棒进行封口，然后经辊轧、拉拔后形成产品。
实施例2
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：85%Cu-15P中间合金粉，1%Ag粉，4%Sn粉，10%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例2的制备方法同实施例1。
实施例3
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：88%Cu-15P中间合金粉，2%Ag粉，3%Sn粉，7%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例3的制备方法同实施例1。
实施例4
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：88%Cu-15P中间合金粉，3%Ag粉，2.5%Sn粉，6.5%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例4的制备方法同实施例1。
实施例5
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：90%Cu-15P中间合金粉，3.5%Ag粉，0%Sn粉，6.5%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例5的制备方法同实施例1。
实施例6
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：95%Cu-15P中间合金粉，3.5%Ag粉，0%Sn粉，1.5%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例6的制备方法同实施例1。
实施例7
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：95%Cu-15P中间合金粉，3.5%Ag粉，1%Sn粉，0.5%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例7的制备方法同实施例1。
实施例8
一种铜磷锡药芯焊丝，所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：88.5%Cu-15P中间合金粉，0%Ag粉，0%Sn粉，11.5%钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%，所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
实施例8的制备方法同实施例1。
按GB/T 11364-2008《钎料铺展性及填缝性试验方法》规定对各实施例制作的铜磷锡药芯焊丝进行铺展性能试验。母材为48mm×48mm×1.5mm黄铜板件，在母材上基板上堆敷药芯焊丝，测熔敷金属的化学成分。由于实验为对比性试验，所以用光电天平秤量钎料均为4000±5mg(误差控制在±0.5%)，放在母材基本上。紫铜管的化学成分见表1，焊丝的流铺面积结果与熔敷金属化学成分如表2所示，铺展形貌见图1。
表1 紫铜管的化学成分（wt%）
| 牌号 | Bi | Pb | Cu |
| T3 | 0.002 | 0.01 | 余量 |
表2 钎焊接头的抗拉强度
Claims (3)
1.一种铜磷锡药芯焊丝，其特征在于：所述药芯焊丝是由壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管包覆药芯后，经轧制、拉拔而成，其中，药芯按照质量百分比由以下成分组成：85-95%的Cu-15P中间合金粉、0-3.5%的Ag粉、0-5%的Sn粉和0.5-11.5%的钎剂粉，药芯中各成分的压实密度在5.5-5.6之间，药芯的填充率为53%；
所述铜磷锡药芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、选取一定长度的壁厚为2mm、内径为Φ16mm的紫铜管并对该段紫铜管质量进行计算，然后按照上述的药芯填充率和计算的紫铜管质量，计算出应加药芯质量；
步骤二、按照上述药芯组分的配比分别称取Cu-15P中间合金粉、Ag粉、Sn粉和钎剂粉，并将称取的各组分混合后放入混粉机中混合均匀后，备用；
步骤三、将经步骤二处理后的药芯在温度为120℃-300℃的条件下烘干1.5-2小时，制得烘干药芯，备用；
步骤四、按照步骤一计算的药芯质量称取经步骤三处理后的烘干药芯，备用；
步骤五、将步骤一选取的紫铜管一端底部热压入紫铜棒进行封口，然后将步骤四称取的烘干药粉在振动条件下加入紫铜管中，继续振动直至药粉的压实密度达到5.5-5.6之间，备用；
步骤六、将紫铜管的另一端再次热压入紫铜棒进行封口，然后经辊轧、拉拔后形成产品。
2.如权利要求1所述的一种铜磷锡药芯焊丝，其特征在于：所述钎剂粉由K2B4O7·5H2O、H3BO3和NaF按照质量比2：2：1组成。
3.如权利要求1所述的一种铜磷锡药芯焊丝，其特征在于：药芯焊丝的直径为1.0-3.5mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 450000 149 science Avenue, Zhengzhou high tech Industrial Development Zone, Henan Applicant after: Zhengzhou Machinery Research Institute Co., Ltd. Address before: 450000 10 Fengyang street, hi tech Industrial Development Zone, Zhengzhou, Henan Applicant before: Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |