CN107962320A - 一种应用于扩散焊的铝铜合金表面活性焊剂的制备方法 - Google Patents

一种应用于扩散焊的铝铜合金表面活性焊剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊接技术领域，旨在提供一种应用于扩散焊的铝铜合金表面活性焊剂的制备方法。包括：取质量百分比的各组分：氧化硼B2O3，0.5％～1％；氧化铝Al2O3，74％～80％；氧化铁Fe2O3，2.5％～4.5％；氧化铜CuO，9.5％～20.5％；氧化硅SiO2，0.5％～1.5％；氧化镁MgO，1.5％～2％；氧化钇Y2O3，0.5％～1.5％；其中，(氧化铜+氧化硅+氧化铝的质量百分比)＞90％，(氧化铁+氧化硼+氧化镁+氧化钇的质量百分比)＜10％；将各组分一并置于球磨罐中球磨后，与适量的丙酮混合均匀呈糊状物，备用。本发明基于扩散焊技术特点及表面活性焊剂的优势提出表面活性焊剂配方，并在该配方优化体系下进行焊接工艺优化试验，实现高质量焊缝的加工工艺，能够解决当前铝铜合金扩散焊形成的焊接接头强度低、焊缝结合强度、接头导电性等技术问题。

Description

一种应用于扩散焊的铝铜合金表面活性焊剂的制备方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其是改善焊接接头力学和电气性能领域，具体是一种应用于扩散焊的铝铜合金表面活性焊剂的制备方法。
背景技术
铝与铜是电力工业常用的导电材料。在电气导通过程中，需要将铜与铝连接起来，实现电传输。常规的螺栓连接虽然易拆装，但降低了有效导通面积，増大了接触电阻，降低了安全可靠性。因此，电力工业中常使用闪化焊和摩擦焊制备的铜铝过渡接头进行铜铝的连接。但在服役过程中闪光焊和摩擦焊接头中存在的未焊合、氧化物夹杂等缺陷。而且，接头温升、第二相金属间化合物、环境因素和外力作用均会降低接头强度，缩短过渡接头的使用寿命。
瞬间液相扩散焊是20世纪70年代美国研究者针对镍基高温合金发明的一种新型焊接方法。该方法利用中间层合金内降低熔点元素的扩散，在待焊母材界面形成瞬间液相(又称为过渡液相)之后发生等温凝固实现母材的焊接。瞬间液相扩散焊铝铜接头强度都未达到铅母材强度，还未能达到使用要求。瞬间液相扩散焊的焊接温度低于熔化焊，可避免熔化焊时形成的焊缝缺陷；焊接压力低于固相焊，可降低焊接应力；而又不存在钎焊时的异质钎缝和钎剂的腐蚀问题。而目前的铝铜液相扩散焊接接头强度低，未能发挥其焊接方法优势，尚需在焊接工艺、接头强度及导电性等方面进行深入研究。而起源于20世纪60年代中期的表面活性焊剂可促进电弧收缩，焊接熔深增加，从而促使焊接接头具有良好的抗拉强度、弯曲强度等，显著地提升焊缝整体的力学、电气性能等，并在开发不锈钢、碳钢、镍基合金及钛合金用活性焊剂等方面取得了很大进展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种应用于扩散焊的铝铜合金表面活性焊剂的制备方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种应用于铝铜合金扩散焊的表面活性焊剂的制备方法，包括下述步骤：
(1)按下述质量百分比关系称量各原料组分：
氧化硼B2O3，0.5％～1％
氧化铝Al2O3，74％～80％
氧化铁Fe2O3，2.5％～4.5％
氧化铜CuO，9.5％～20.5％
氧化硅SiO2，0.5％～1.5％
氧化镁MgO，1.5％～2％
氧化钇Y2O3，0.5％～1.5％
其中，(氧化铜+氧化硅+氧化铝的质量百分比)＞90％，(氧化铁+氧化硼+氧化镁+氧化钇的质量百分比)＜10％；
(2)将各组分一并置于球磨罐中球磨，取出后移至容器中，与适量的丙酮混合均匀呈糊状物，备用。
本发明中，控制球磨时的转速为200～400rmp，球磨时间为4～10h。
本发明所述表面活性焊剂在铝铜合金扩散焊中的应用方法，包括下述步骤：
(1)用扁平毛刷将糊状的活性焊剂均匀涂敷于母材的待焊焊道表面，涂敷厚度以遮盖母材本色为宜，涂敷宽度为10～30mm，每米焊道活性焊剂涂敷量为0.5～2g；
(2)待丙酮完全挥发后，按扩散焊的操作规范进行焊接。
本发明中，所述母材是1060纯铝，焊前采用铣床加工工件表面，使其表面粗糙度为0.21～0.58μm。
本发明中，在焊接过程中控制焊接工艺参数为：焊接压力5～12MPa，焊接温度400～600℃，焊接时间2～8s，气流量5～10L/min；在焊接过程中通入惰性气体氩气进行保护，焊后自然冷却至室温。
本发明的实现原理：
相比于传统的无涂覆活性焊剂的扩散焊技术，活性焊剂层的存在可促进电弧的压缩，实现熔池中液态金属从外沿区向中芯部区域流动汇合，形成大熔深比、外观整齐均一的焊缝组织，从而在不降低焊缝接头区电导性的同时提升传统扩散焊的焊缝接头强度、结合强度以及电导性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于扩散焊技术特点及表面活性焊剂的优势提出一种适合于铝铜合金扩散焊的表面活性焊剂配方，并在该配方优化体系下进行焊接工艺优化试验，实现高质量焊缝的加工工艺，能够解决当前铝铜合金扩散焊形成的焊接接头强度低、焊缝结合强度、接头导电性等技术问题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)活性焊剂的制备：
用电子天平按质量百分比称取各组分，并将称得的各组元置于球磨罐中进行高能球磨，球磨转速200rmp，球磨时间10h，待球磨反应完全后取出，并与适量的丙酮充分混合均匀形成成糊状物备用。各组分具体含量如下所示：
(1)氧化硼B2O3，0.5％
(2)氧化铝Al2O3，74％
(3)氧化铁Fe2O3，2.5％
(4)氧化铜CuO，20.5％
(5)氧化硅SiO2，0.5％
(6)氧化镁MgO，1.5％
(7)氧化钇Y2O3，0.5％
(2)活性焊剂的涂层制备
首先将活性焊剂置于容器中，加入适量的丙酮，搅拌均匀成糊状，然后用扁平毛刷将活性焊剂均匀涂敷于待焊焊道表面，涂敷厚度以遮盖母材本色为宜，涂敷宽度为10mm，每米焊道活性焊剂涂敷量为0.5g，待丙酮挥发完全。
(3)焊接工艺参数设定
试验用焊接母材为1060纯铝，待焊焊道表面涂覆为上述配方的活性焊剂涂层；焊前采用铣床加工工件表面，表面粗糙度为0.21μm；固定工件然后设定相关的焊接工艺参数进行焊接效果测试试验。在焊接过程中，在连接区域通入惰性气体氩气进行保护，焊后接头自然冷却至室温。
相应的焊接规范如下：所用焊接压力5MPa，焊接温度600℃，焊接时间2s，气流量10L/min；在设定好的工艺条件下进行焊接试验，并对其焊接效果包括焊缝的焊透现象、焊缝的抗拉强度、弯曲强度及接头导电性等进行相应的测试。
实施例2
(1)活性焊剂的制备：
用电子天平按质量百分比称取各组分，并将称得的各组元置于球磨罐中进行高能球磨，球磨转速400rmp，球磨时间4h，待球磨反应完全后取出，并与适量的丙酮充分混合均匀形成成糊状物备用。各组分具体含量如下所示：
(1)氧化硼B2O3，1％
(2)氧化铝Al2O3，80％
(3)氧化铁Fe2O3，4.5％
(4)氧化铜CuO，9.5％
(5)氧化硅SiO2，1.5％
(6)氧化镁MgO，2％
(7)氧化钇Y2O3，1.5％
(2)活性焊剂的涂层制备
首先将活性焊剂置于容器中，加入适量的丙酮，搅拌均匀成糊状，然后用扁平毛刷将活性焊剂均匀涂敷于待焊焊道表面，涂敷厚度以遮盖母材本色为宜，涂敷宽度为30mm，每米焊道活性焊剂涂敷量为2g，待丙酮挥发完全。
(3)焊接工艺参数设定
试验用焊接母材为1060纯铝，待焊焊道表面涂覆为上述配方的活性焊剂涂层；焊前采用铣床加工工件表面，表面粗糙度为0.58μm；固定工件然后设定相关的焊接工艺参数进行焊接效果测试试验。在焊接过程中，在连接区域通入惰性气体氩气进行保护，焊后接头自然冷却至室温。
相应的焊接规范如下：所用焊接压力12MPa，焊接温度400℃，焊接时间8s，气流量5L/min；在设定好的工艺条件下进行焊接试验，并对其焊接效果包括焊缝的焊透现象、焊缝的抗拉强度、弯曲强度及接头导电性等进行相应的测试。
实施例3
(1)活性焊剂的制备：
用电子天平按质量百分比称取各各组分，并将称得的各组元置于球磨罐中进行高能球磨，球磨转速300rmp，球磨时间8h，待球磨反应完全后取出，并与适量的丙酮充分混合均匀形成成糊状物备用。各组分具体含量如下所示：
(1)氧化硼B2O3，0.8％
(2)氧化铝Al2O3，76％
(3)氧化铁Fe2O3，3.7％
(4)氧化铜CuO，16％
(5)氧化硅SiO2，1％
(6)氧化镁MgO，1.8％
(7)氧化钇Y2O3，0.7％
(2)活性焊剂的涂层制备
首先将活性焊剂置于容器中，加入适量的丙酮，搅拌均匀成糊状，然后用扁平毛刷将活性焊剂均匀涂敷于待焊焊道表面，涂敷厚度以遮盖母材本色为宜，涂敷宽度为20mm，每米焊道活性焊剂涂敷量为1g，待丙酮挥发完全。
(3)焊接工艺参数设定
试验用焊接母材为1060纯铝，待焊焊道表面涂覆为上述配方的活性焊剂涂层；焊前采用铣床加工工件表面，表面粗糙度为0.32μm；固定工件然后设定相关的焊接工艺参数进行焊接效果测试试验。在焊接过程中，在连接区域通入惰性气体氩气进行保护，焊后接头自然冷却至室温。
相应的焊接规范如下：所用焊接压力8MPa，焊接温度500℃，焊接时间6s，气流量8L/min；在设定好的工艺条件下进行焊接试验，并对其焊接效果包括焊缝的焊透现象、焊缝的抗拉强度、弯曲强度及接头导电性等进行相应的测试。
各实施例的焊接效果测试结果如下表所示：
表1各实施例的焊接接头性能测试结果
与现有的传统扩散焊技术而言，表面活性焊剂的引入可以降低接头扩散过程所需要的焊接温度，缩短焊接完成所需要的时间，有效地提升了扩散焊的焊接效率，同时采用活性焊剂扩散焊技术加工的焊缝未出现未焊透现象，各实施例的接头焊接接头均具备较佳的抗拉强度、弯曲强度以及良好的接头导电性，因此在该表面活性焊剂配方下采用合适的焊接工艺可获得综合力学、电气性能优良的焊接接头。

Claims (5)

1.一种应用于铝铜合金扩散焊的表面活性焊剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)按下述质量百分比关系称量各原料组分：
氧化硼B2O3，0.5％～1％
氧化铝Al2O3，74％～80％
氧化铁Fe2O3，2.5％～4.5％
氧化铜CuO，9.5％～20.5％
氧化硅SiO2，0.5％～1.5％
氧化镁MgO，1.5％～2％
氧化钇Y2O3，0.5％～1.5％
其中，(氧化铜+氧化硅+氧化铝的质量百分比)＞90％，(氧化铁+氧化硼+氧化镁+氧化钇的质量百分比)＜10％；
(2)将各组分一并置于球磨罐中球磨，取出后移至容器中，与适量的丙酮混合均匀呈糊状物，备用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制球磨时的转速为200～400rmp，球磨时间为4～10h。
3.权利要求1所述方法制备获得的活性焊剂在铝铜合金扩散焊中的应用方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)用扁平毛刷将糊状的活性焊剂均匀涂敷于母材的待焊焊道表面，涂敷厚度以遮盖母材本色为宜，涂敷宽度为10～30mm，每米焊道活性焊剂涂敷量为0.5～2g；
(2)待丙酮完全挥发后，按扩散焊的操作规范进行焊接。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述母材是1060纯铝，焊前采用铣床加工工件表面，使其表面粗糙度为0.21～0.58μm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在焊接过程中控制焊接工艺参数为：焊接压力5～12MPa，焊接温度400～600℃，焊接时间2～8s，气流量5～10L/min；在焊接过程中通入惰性气体氩气进行保护，焊后自然冷却至室温。
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