CN108145342B - 一种45CrNiMoV、D6AC钢熔敷焊接保护剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有硼砂、三氧化二硼、氟硼酸钠、氟化钙为主要成分的熔敷焊接保护剂。其成分按照质量百分比计算：20％的硼砂，50％的三氧化二硼，25％的氟硼酸钠，5％的氟化钙和氧化酐。本发明的的保护剂中所含的硼砂能够加速金属间化合物的溶解，在火炮炮弹超高强钢弹体与铜制弹带熔敷焊过程中，大大降低了金属间化合物的含量，能够实现异种材料的焊接过程中的紧密结合。提高接头的强度以及紧密性，同时能够大大的减少材料的损耗，降低生产成本，提高生产效率。其中，三氧化二硼在金属焊接过程中能够防止因高温而产生的金属热腐蚀，氟化钙和氧化酐在高温焊接时能够防止金属的氧化。

Description

一种45CrNiMoV、D6AC钢熔敷焊接保护剂

技术领域

本发明属于异种金属的熔敷焊接过程中的保护剂。主要涉及在钢基体上熔敷焊合金的过程中一种45CrNiMoV、D6AC钢熔敷焊接保护剂。

背景技术

随着国家航空航天，高铁，汽车以及国防技术等的快速发展，异种金属的连接快速的发展，由于异种金属的连接结构具备了两种材料的综合性能，故而实现良好的连接才是异种金属连接发展的保证，才能够充分在异种金属连接领域快速发展。

异种金属之间的良好焊接一直是焊接界期待解决的问题。通过采用搅拌摩擦焊接，钎焊，熔焊均可以实现接头的焊接。但是如果两种金属之间的物理特性比如说熔点相差较大，相互之间的溶解度很小的话，往往会产生脆性金属间化合物，导致接头力学性能下降。

铝铜异种金属之间的焊接，铝由于质量轻，具有优良的物理性能和机械性能，但是由于铝的熔点比较低，导热快，易变性等方面的特点，所以在高温状态下工作的零件往往难以承受，从而导致报废，成本较大。而相较与铝，铜钢异种金属之间的焊接往往能够在高温下工作，比如说炮弹的弹带。

但是，由于在异种金属的焊接过程中，两种金属的熔点相差比较大，金属之间的相互溶解性有限，在焊接接头中，铜在钢中的溶解度通常很低，采用普通的熔焊工艺往往会产生大量金属间化合物。

45CrNiMoV、D6AC属于高强钢采用真空冶炼工艺，提高了钢的冶金质量。当抗张强度在1600和1800MPa条件下，其断裂韧度分别达到105和93.6MPa/m。用于制造炮弹壳体。在强度如此的钢基体上进行焊接铜是十分困难的，因此必须采用良好的工艺。

针对在高强钢基体上的焊接，目前国内所采用的常见的熔焊，钎焊，固相焊接等焊接方法很难实现接头强度的要求，而采用熔敷焊方法，能够保证在钢基体不熔化(主要通过热传导传热，区别于熔焊)的情况下，同时又将熔化的金属堆敷在钢基体表面，并在其上凝固结晶形成熔敷层(类似于熔化焊)，形成牢固地接头。

熔敷焊接过程中，由于在高温下通过感应加热来实现铜金属的熔化，故而往往会带来金属氧化问题，一旦金属被氧化，形成的脆性氧化物便会包裹在接头中，这样往往会大大的降低接头性能，所以说在熔敷焊焊接过程中，保护剂的作用非常重要，由于目前国内在熔敷焊保护剂方面的研究相对来说比较空白，常见的主要是以氩气等惰性气体以一些还原性气体来充当保护剂，但是效果并不是很显著。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现在钢基体上实现铜的熔敷焊接的紧密结合的保护剂，使用此保护剂能够降低金属间化合物，氧化物夹杂等脆性中间相的产生，从而避免在实际生产过程中由于接头强度不够导致的时效问题，比如说在钢基体上熔敷一层铜，一旦由于保护剂的不恰当选择，导致生成了脆性金属间化合物，如在炮弹弹壳表面熔敷上一层铜，一旦产生金属间化合物，则在炮弹发射的过程中，由于炮弹发射过程中的旋转运动，接头存在的金属间化合物便会刻弹筒的内壁，导致失效。所以选择优良的保护剂是避免这一失效的关键步骤。

为了能够实现上述目的，本发明的方案是：

一种45CrNiMoV、D6AC钢熔敷焊接保护剂，其特征在于按照质量百分比计算，其成分是：16％的硼砂，50％的三氧化二硼，25％的氟硼酸钠，9％的氟化钙和氧化酐。

只要满足本发明的成分配比，本发明中的保护剂中的硼砂就能够清除金属表面上的氧化物，同时加入的三氧化二硼，氟硼酸钠，氟化钙和氧化酐能够实现助焊剂的功能，能够实现钢与铜的良好结合。

本发明的保护剂是避免产生金属间化合物，防止氧化，实现异种金属之间的紧密高强结合。将熔敷层原态金属带或圈预置于基体金属之上，热源对熔敷层金属而非基体金属加热,基体金属仅受热传导和辐射热的作用，界面温度较低，通过控制加热速率来控制熔敷层的温度梯度,进而控制界面温度，可保证基体金属不发生熔化，而实现液态金属和固态基体的冶金结合。

与现有技术相比相比，其优点在于：

1该保护剂能够保护高强钢基体在高温下不熔化，同时铜环在升温过程中不被氧化。

2该保护剂能够对钢基体表面进行预热，消除钢基体表面的一些杂质，保证熔化的铜和钢基体之间产生冶金结合。

3该保护剂能够在焊接冷却过程中覆盖在钢基体和铜环之上，保证隔绝空气，从而保证不被氧化，降低生成脆性氧化物的倾向。

4该保护剂能够在焊接过程中，通过化学反应将产生的金属间化合物及时的带离出接头，使之形成覆盖与焊缝表面的熔渣，从而降低金属间化合物的含量，以提高强度。

5该保护剂能够在焊接过程中加快液体金属的流动性，使得两种液态金属能够充分结合，防止产生偏析，进而得到成分均匀的焊缝。

6该保护剂使用后不会残留在接头的内部，不会对接头产生污染，或者对接头的性能有不利影响。

附图说明

图1为采用本保护剂所获得的钢铜接头界面的显微照片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更详细的阐述，以使本发明的特征和优点能够更加易于被本领域技术人员所理解，从而更为清楚明确地界定本发明的保护范围，从而实现本发明的价值。

实施例1

一种以硼砂、硼酸、硼酸钾、氧化酐为主要成分的熔敷焊接保护剂，其成分按照质量百分比计算，其化学成分是：16％的硼砂，50％的三氧化二硼，25％的氟硼酸钠，9％的氟化钙和氧化酐。

按照上述配比得到的保护剂，采用南京理工大学自主研发的熔敷焊接工艺方法。

根据感应加热的特点和本实例的要求，制定特定的铜工件模具。模具外径为33mm、高为23mm的圆柱形模具，内部开一个内径为25mm，深为13mm的槽。所选的钢材料为45CrNiMoV，直径为20mm，高为16mm的小钢柱。

试验前铜槽用丙酮擦拭干净。

钢柱按如下步骤处理：

(1)用砂纸打磨，使表面光洁。

(2)对钢柱表面进行化学处理，用丙酮去除表面油污。

(3)用15％的NaOH溶液处理，温度为50～60℃，时间为20s左右，用清水清洗。

(4)用1：3的稀硝酸溶液处理，时间为15s左右，用清水清洗。

(5)最后用乙醇清洗，吹干。

焊接步骤：

(1)在铜槽内部铺上一层厚度为1mm化学成分为16％的硼砂，50％的三氧化二硼，25％的氟硼酸钠，9％的氟化钙和氧化酐的保护剂和其他合金粉末。

(2)将钢柱嵌入铜槽中央位置。

(3)在铜槽和钢柱的缝隙位置填充学成分为16％的硼砂，50％的三氧化二硼，25％的氟硼酸钠，9％的氟化钙和氧化酐的保护剂。

线圈直径为60mm，高度为30mm。

调整电源震荡电流为700A，电压500V，焊接时间为20s。

实验过后得到的焊接接头的金相图如图1所示，经测定，焊缝的抗剪强度为150MP。实验表明，熔敷扩散焊铜带界面结合强度大于焊后铜弹带层强度，轴向剪切强度和切向扭转强度保持一致。

由上述照片可知,界面平整光洁,无缺陷,弹带内无夹渣、气孔、未熔合、裂缝等明显缺陷。

Claims (1)

1.一种45CrNiMoV、D6AC钢熔敷焊接保护剂，其特征在于，按照质量百分比计算，包括：16％的硼砂，50％的三氧化二硼，25％的氟硼酸钠，9％的氟化钙和氧化酐。

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