CN107598412B - 一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂及其焊接方法 - Google Patents

一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂及其焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，包括按质量百分比计的如下组分：KF：45～50份，B2O3：15～23份，CoCl2：10～12份，复合氟硼酸盐：8～10份，复合硼酸盐：7～12份，表面活性剂：4～9份，水：52～68份。该钎焊助剂可有效避免钨钢棒料在焊接过程中氧化，同时通过在特定温度条件下瞬间催化熔化的固体银焊片与钨钢棒料熔接，从而使得焊接不留缝，且焊接点的各项强度、物理性能均与整体钨钢棒料一致。

Description

一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂及其焊接方法
技术领域
本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂及其焊接方法。
背景技术
PCB（集成电路）板生产使用的微型钻头和铣刀，生产的原材料全部需要进口，价格昂贵，规格为（Φ3.25mm×38.5mm）一支进口的碳化钨棒材的价格从1.8元涨到3.3元，现在还在继续上涨，而产成品价格又在不断下降，生产厂家使用过的铣刀和钻头不能回收直接利用，还需重新溶炉提炼。如果继续采用传统的生产工艺，利润空间会愈来愈小。为了充分利用资源，降低产品成本，提高经济效益，建设节约型社会，近年来，市场上一些单位利用回收使用后的钻头和铣刀，通过两根焊接成一根，重新加工成产品。而对于钨钢平面焊钨钢（碳化钨），其可焊性不强，通过焊接后的钨钢棒材强度达不到品质要求，目前通常采用一种单一固体银焊片进行直接焊接，然而这种方式固体银焊片不易上焊对位，经常出现漏焊、缺焊，且焊缝经非常明显，偶尔会留气泡，测试中脱焊比例偏高。
发明内容
本发明的目的是克服现有碳化钨可焊性不强以及两个废碳化钨母材焊接时易留缝的问题。
为此，本发明提供了一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，包括按质量百分比计的如下组分：KF：45～50份，B2O3：15～23份，CoCl2：10～12份，复合氟硼酸盐：8～10份，复合硼酸盐：7～12份，表面活性剂：4～9份，水：52～68份。
作为一种实施方式，上述用于钨钢平面焊接的钎焊助剂包括按重量份数计的如下组分：KF：48份，B2O3：20份，CoCl2：10份，复合氟硼酸盐：8份，复合硼酸盐：10份，表面活性剂：6份，水：63份。
作为一种实施方式，所述复合氟硼酸盐为氟硼酸钾和氟硼酸铵按质量比2:1～3:1的混合物。
作为一种实施方式，所述复合硼酸盐为硼酸钠和硼酸钾按质量比1:1的混合物。
作为一种实施方式，所述表面活性剂为全氟烷基胺、全氟烷基季铵盐或全氟烷基甜菜碱中的一种。
作为一种实施方式，所述钎焊助剂为膏状。
本发明钎焊助剂的配方设计原理如下：
复合硼酸盐熔化可分解出硼酐，硼酐易与铁、镍和铜等的金属氧化物形成易溶的硼酸盐以渣的形式浮在钎缝表面上，既能达到去除钨钢棒料表面膜的目的，又能起机械保护作用，而硼酸盐的熔化温度较高，通过加入B2O3可降低钎焊助剂的熔化温度，KF的加入可降低钎焊助剂的粘度，减少钎焊助剂的表面张力，提高流动性；复合氟硼酸盐熔化分解产生的BF3具有极强的去氧化物的能力；另外，由于钨钢棒料中含有钴元素，CoCl2的加入可有效防止钨钢棒料在钎焊过程中脱钴现象，以提高钨钢棒料钎焊缝的强度；表面活性剂的加入能显著降低该钎焊助剂的表面张力，在焊接过程中使熔融焊料和钨钢棒料表面张力减小，保证有良好的润湿性和焊接可靠性，提高钎焊性能。
另外，本发明还提供了上述用于钨钢平面焊接的钎焊助剂的焊接方法，包括如下步骤：
1)将钎焊助剂涂覆在固体银焊片的正反双面；
2)将步骤1)中固体银焊片的双面分别粘贴在两个待焊接钨钢棒料的焊接平面上，且两个待焊接钨钢棒料放置在同轴焊接装置上；
3)将步骤2)的两个待焊接钨钢棒料放置在550～600℃高温条件下，使得涂覆有钎焊助剂的固体银焊片熔化，待熔化后的固体银焊片铺满焊缝后冷却，完成焊接。
一种具体的实施方式，所述固体银焊片是由银基焊料制成厚度0.15～0.20毫米，宽度60毫米的卷轴，再经自动冲床冲成的直径3毫米的圆焊片。
一种具体的实施方式，所述步骤1)中固体银焊片与钎焊助剂的质量比为1.3～2。
一种具体的实施方式，所述步骤2)中的同轴焊接装置包括定位座、压紧机构、夹紧机构和加热机构，所述定位座顶端开设有供待焊接钨钢棒料部分深入的定位槽，定位槽贯通所述定位座的两端且长度不小于两个待焊接钨钢棒料的长度之和，所述压紧机构包括用于分别压靠在两个待焊接钨钢棒料顶端的两块压板，每一所述压板连接有驱动其靠近或远离对应的待焊接钨钢棒料的第一驱动结构，所述第一驱动结构布置于所述定位座旁，所述夹紧机构包括用于分别与两待焊接钨钢棒料的非加工端面抵紧的两个抵紧杆，两所述抵紧杆分别自所述定位槽的左右两端伸入至所述定位槽内，至少其中一所述抵紧杆连接有驱动其沿所述定位槽长度方向往复滑动的第二驱动结构，所述加热机构包括感应加热线圈，所述定位槽上对应开设有线圈安装槽，所述感应加热线圈安装于所述线圈安装槽内且轴向与所述定位槽的长度方向相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂可有效避免钨钢棒料在焊接过程中氧化，同时通过在特定温度条件下瞬间催化熔化的固体银焊片与钨钢棒料熔接，从而使得焊接不留缝，且焊接点的各项强度、物理性能均与整体钨钢棒料一致。
(2)本发明提供的这种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂的焊接方法操作简单，焊接速度快，且脱焊少，同时结合同轴焊接装置，有效保证了两个待焊接的钨钢棒料在焊接过程中的同轴度，提高了钨钢平面焊接效率和成品产品的良品率。
附图说明
图1是本发明中同轴焊接装置的结构示意图；
图2是本发明中定位座的结构示意图。
附图标记说明：1、定位座；2、压板；3、压板支座；4、升降驱动单元；5、抵紧杆；6、第二驱动结构；101、定位槽；102、线圈安装槽。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，包括按重量份数计的如下组分：KF：48份，B2O3：20份，CoCl2：10份，复合氟硼酸盐：8份，复合硼酸盐：10份，表面活性剂：6份，水：63份。其中，复合氟硼酸盐为氟硼酸钾和氟硼酸铵按质量比2:1的混合物，复合硼酸盐为硼酸钠和硼酸钾按质量比1:1的混合物，表面活性剂为全氟烷基季铵盐。将上述组分按比例放入坩埚中混匀，在150～180℃的温度下熬制20min，去除水分，成膏状即可。
本实施例制得的钎焊助剂混合均匀，无分层现象，无肉眼可见的夹杂物存在，而且该钎焊助剂在固体银焊片上具有良好的铺展性。
采用本实施例制得的钎焊助剂对两段直径为3.175mm的钨钢铣刀的柄部进行钎焊加工，其具体过程如下：
首先，将本实施例制得的钎焊助剂涂覆在固体银焊片的正反双面。其中，固体银焊片是由银基焊料制成厚度0.15～0.20毫米，宽度60毫米的卷轴，再经自动冲床冲成的直径3毫米的圆焊片；固体银焊片与钎焊助剂的质量比为1.6:1。
然后，将上述涂覆有钎焊助剂的固体银焊片的双面分别粘贴在两个待焊接钨钢棒料的焊接平面上，再将两个待焊接钨钢棒料放置在同轴焊接装置上。
而作为一种实施方式，本实施例采用的同轴焊接装置的结构如图1和图2所示，包括定位座1、压紧机构、夹紧机构和加热机构，所述定位座1顶端开设有供待焊接钨钢棒料部分深入的定位槽101，定位槽101为V型槽，待焊接钨钢棒料在定位槽101中仅与定位槽101的槽壁抵触，而不与定位槽101的槽底接触，定位槽101贯通所述定位座1的两端且长度不小于两个待焊接钨钢棒料的长度之和，两个待焊接钨钢棒料都承置于该定位槽101内，可有效保证两个待焊接钨钢棒料钎焊完成后的同轴度；所述压紧机构包括用于分别压靠在两个待焊接钨钢棒料顶端的两块压板2，每一所述压板2连接有驱动其靠近或远离对应的待焊接钨钢棒料的第一驱动结构，一种实施方式，所述第一驱动结构布置于所述定位座1旁，第一驱动结构包括压板支座3和升降驱动单元4，压板2与压板支座3铰接，升降驱动单元4驱动压板2相对于其压板支座3在竖直平面内摆动，从而使得两块压板2分别对应靠近或远离放置在定位槽101中的两个待焊接钨钢棒料；所述夹紧机构包括用于分别与两个待焊接钨钢棒料的非加工端面抵紧的两个抵紧杆5，两所述抵紧杆5分别自所述定位槽101的左右两端伸入至所述定位槽101内，至少其中一所述抵紧杆5连接有驱动其沿所述定位槽101长度方向往复滑动的第二驱动结构6，一种实施方式，所述第二驱动结构6具有一可伸缩的抵紧驱动轴，可采用气缸、油缸、电动推杆等常用的可往复伸缩驱动的驱动设备，通过第二驱动结构6驱动两个抵紧杆5将两待焊接钨钢棒料抵紧，使得两待焊接钨钢棒料的加工面的间隙尽可能小，以保证后续焊接等操作的质量；所述加热机构包括感应加热线圈（未图示），所述定位槽101上对应开设有线圈安装槽102，所述感应加热线圈安装于所述线圈安装槽102内且轴向与所述定位槽101的长度方向相同，两待焊接钨钢棒料的加工端面穿设在该感应加热线圈内。
最后，将放置好的两个待焊接钨钢棒料放置在550～600℃高温条件下，使得涂覆有钎焊助剂的固体银焊片熔化，待熔化后的固体银焊片铺满焊缝后冷却，完成焊接。
经上述焊接方法焊接两个钨钢棒料得到的成品的同轴度误差不超过0.003mm，焊缝小。
将上述通过本实施例的钎焊助剂采用上述焊接方法得到的钨钢棒料进行抗折强度测试：将焊接好的长度38.2mm的钨钢棒料紧配合插入孔深为20毫米的基座内，焊接后的钨钢棒料柄部在下，焊接点露出孔外4毫米，再垂直作用30公斤的力于头部3毫米范围内。经统计焊接后的钨钢棒料的折断中，有80%以上不是焊接点断，而是在其头部或柄部折断；这一结果表明，通过本发明焊接的钨钢棒料具有较高的焊缝强度。
实施例2：
本实施例提供了一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，包括按重量份数计的如下组分：KF：45份，B2O3：15份，CoCl2：12份，复合氟硼酸盐：10份，复合硼酸盐：12份，表面活性剂：9份，水：52份。其中，复合氟硼酸盐为氟硼酸钾和氟硼酸铵按质量比3:1的混合物，复合硼酸盐为硼酸钠和硼酸钾按质量比1:1的混合物，表面活性剂为全氟烷基胺。将上述组分按比例放入坩埚中混匀，在150～180℃的温度下熬制15min，去除水分，成膏状即可。
本实施例制得的钎焊助剂混合均匀，无分层现象，无肉眼可见的夹杂物存在，而且该钎焊助剂在固体银焊片上具有良好的铺展性。
采用本实施例的钎焊助剂对两钨钢棒料进行焊接的方法同实施例1。本实施例两钨钢棒料焊接成品的同轴度误差不超过0.003mm，且焊缝小。
实施例3：
本实施例提供了一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，包括按重量份数计的如下组分：KF：50份，B2O3：23份，CoCl2：12份，复合氟硼酸盐：8份，复合硼酸盐：7份，表面活性剂：4份，水：68份。其中，复合氟硼酸盐为氟硼酸钾和氟硼酸铵按质量比2:1的混合物，复合硼酸盐为硼酸钠和硼酸钾按质量比1:1的混合物，表面活性剂为全氟烷基胺。将上述组分按比例放入坩埚中混匀，在150～180℃的温度下熬制23min，去除水分，成膏状即可。
本实施例制得的钎焊助剂混合均匀，无分层现象，无肉眼可见的夹杂物存在，而且该钎焊助剂在固体银焊片上具有良好的铺展性。
采用本实施例的钎焊助剂对两钨钢棒料进行焊接的方法同实施例1。本实施例两钨钢棒料焊接成品的同轴度误差不超过0.003mm，且焊缝小。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，其特征在于：包括按重量份数计的如下组分：KF：45～50份，B2O3：15～23份，CoCl2：10～12份，复合氟硼酸盐：8～10份，复合硼酸盐：7～12份，表面活性剂：4～9份，水：52～68份；所述表面活性剂为全氟烷基胺、全氟烷基季铵盐或全氟烷基甜菜碱中的一种。
2.如权利要求1所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，其特征在于：包括按重量份数计的如下组分：KF：48份，B2O3：20份，CoCl2：10份，复合氟硼酸盐：8份，复合硼酸盐：10份，表面活性剂：6份，水：63份。
3.如权利要求1或2所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，其特征在于：所述复合氟硼酸盐为氟硼酸钾和氟硼酸铵按质量比2:1～3:1的混合物。
4.如权利要求1或2所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，其特征在于：所述复合硼酸盐为硼酸钠和硼酸钾按质量比1:1的混合物。
5.如权利要求1所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂，其特征在于：所述钎焊助剂为膏状。
6.如权利要求1～5任一项所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将钎焊助剂涂覆在固体银焊片的正反双面；
2)将步骤1)中固体银焊片的双面分别粘贴在两个待焊接钨钢棒料的焊接平面上，且两个待焊接钨钢棒料放置在同轴焊接装置上；
3)将步骤2)的两个待焊接钨钢棒料放置在550～600℃高温条件下，使得涂覆有钎焊助剂的固体银焊片熔化，待熔化后的固体银焊片铺满焊缝后冷却，完成焊接。
7.如权利要求6所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂的焊接方法，其特征在于：所述固体银焊片是由银基焊料制成厚度0.15～0.20毫米，宽度60毫米的卷轴，再经自动冲床冲成的直径3毫米的圆焊片。
8.如权利要求6所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂的焊接方法，其特征在于：所述步骤1)中固体银焊片与钎焊助剂的质量比为1.3～2。
9.如权利要求6所述的用于钨钢平面焊接的钎焊助剂的焊接方法，其特征在于：所述步骤2)中的同轴焊接装置包括定位座(1)、压紧机构、夹紧机构和加热机构，所述定位座(1)顶端开设有供待焊接钨钢棒料部分深入的定位槽(101)，定位槽(101)贯通所述定位座(1)的两端且长度不小于两个待焊接钨钢棒料的长度之和，所述压紧机构包括用于分别压靠在两个待焊接钨钢棒料顶端的两块压板(2)，每一所述压板(2)连接有驱动其靠近或远离对应的待焊接钨钢棒料的第一驱动结构，所述第一驱动结构布置于所述定位座(1)旁，所述夹紧机构包括用于分别与两待焊接钨钢棒料的非加工端面抵紧的两个抵紧杆(5)，两所述抵紧杆(5)分别自所述定位槽(101)的左右两端伸入至所述定位槽(101)内，至少其中一所述抵紧杆(5)连接有驱动其沿所述定位槽(101)长度方向往复滑动的第二驱动结构(6)，所述加热机构包括感应加热线圈，所述定位槽(101)上对应开设有线圈安装槽(102)，所述感应加热线圈安装于所述线圈安装槽(102)内且轴向与所述定位槽(101)的长度方向相同。
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