CN108340096B - 非晶钎料焊丝制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种非晶钎料焊丝制作方法，包括以下步骤：设备与原料准备，设备配置，钎料的熔化和恒压喷注，非晶钎料焊丝的收集和合股；钎料的熔化和恒压喷注：钎料放入熔化恒压喷注一体炉中，炉体密封通过气压表连接保护气源，熔化开始前抽真空或通入惰性气体保护。待钎料熔化均匀后，对钎料熔液施加0.08MPa‑0.12MPa气压，使熔液喷射到匀速转动铜辊凹槽上，铜辊转速在20‑35m/s之间。非晶钎料焊丝的收集和合股：喷射后铜辊甩出的丝材利用收卷装置收卷后，通过多股线绕线装置将多条非晶钎料焊丝缠绕为单条多股线，并将多股线端头采用电阻焊焊接构成非晶合股焊丝。非晶合股焊丝可通过低温加热过模方式得到更精确直径的合股非晶焊丝。本申请设计合理，制备效率高，成本低。

Description

非晶钎料焊丝制作方法

技术领域

本申请涉及一种非晶钎料焊丝的制作方法。

背景技术

非晶合金相对于传统的晶体金属或合金来说，其具有长程无序、短程有序（或是中程有序）的结构特点。正是这种独特结构的存在，才能使非晶体表现出更好的优异的物理和化学性能。非晶合金机构内部因为没有晶界、层错等缺陷，因此具有优异的抗腐蚀性能，不存在偏析及异相等结构。从热力学上讲，非晶合金是一种亚稳态结构，它的原子结构呈现出长程无序排列，有序性被严格限制在几个原子的尺寸范围内，非晶合金在一定的热力学条件下将转变为能量更低的晶态结构。非晶材料这些特殊性质决定了其性能与晶态金属间存在很大差异。在使用非晶和晶态钎料钎焊时，非晶钎料表现出熔点低、融化温度范围窄的特点，具有良好的润湿、铺展性能。除此以外，使用非晶钎料焊接的焊缝在强度和耐腐蚀性能上都优于传统的晶态钎料。

在钎料行业中，传统铜磷钎料含P量均在5％以上。由于含磷量高，钎料基体中含有大量的脆性Cu₃P相，导致钎料在室温呈脆性，因此其应用范围受到了限制。而含Sn、Mn等多元合金组成的银钎料以及钴基钎料等也加工性能差存在不易量产的特点。因此有学者考虑使用制备非晶态合金的方法实现钎料成型，达到脆性、难加工钎料带材的近净成型。但目前铜磷、银基及钴基非晶态钎料的制备还未能在行业内形成批量化的生产，市场上所见较多的为铝基、镍基、铜基等的非晶钎料。常规方法制备的非晶焊丝在快速甩出时，丝径一般远小于1mm，在实际应用中存在局限。因此需要在此基础上进行工艺改进，获得丝径尺寸便于使用的非晶焊丝。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，制备效率高，成本低，能够在不改变钎料焊丝非晶状态增加丝径的方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种非晶钎料焊丝制作方法，其特征是由以下步骤组成：

设备配置-备好熔化恒压喷注一体炉，熔注炉下置喷嘴出口为圆形，内径为：0.1mm-1.5mm。再把需要成型的钎料放入熔注炉内，熔注炉垂直于水平面安装固定，熔注炉内钎料被加热设备（高频或中频线圈）有效加热区域覆盖,备好带有凹槽的铜辊并清理凹槽表面，铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值，所述凹槽环状配置在铜辊外周面，凹槽开口处宽度（铜辊轴向距离，铜辊直径为200mm-300mm）大于喷嘴内径0.1mm-0.2mm，喷嘴正对水平放置的铜辊的凹槽中心且喷嘴与凹槽底面中心的间距为0.5mm-1.5mm，如间距过小，会导致金属熔液堵住喷嘴，如间距过大，则急冷效果将大打折扣，导致无法形成非晶或非晶质量差。

钎料的熔化和恒压喷注-将钎料放入熔化恒压喷注一体炉中，之后炉体密封，通过气压阀连接保护气瓶或储气罐气压阀。熔化开始前抽真空或通入惰性气体保护。待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶或储气罐气压阀，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，施压气体也是保护气体，使熔液喷射到匀速转动的铜辊凹槽上。随着炉内熔液液面下降，增加保护气体气压使喷嘴处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的铜辊上，铜辊的转速为20-35m/s。

利用单辊急冷法制备出非晶钎料焊丝，通过气压大小控制熔液喷射速度，进而控制熔液的冷却速度，压力过大，喷射速度过快会导致熔液无法在铜辊上有效接触；压力过小，喷射速度太慢，则接触铜辊时间晚，无法实现快速冷却，均无法将钎料制成非晶焊丝。

水冷铜辊可在空气中制备非晶钎料，优选的铜辊在保护气体中，可避免钎料产生氧化，进一步优选的，铜辊处于真空环境中，成型焊丝表面光亮无氧化。

非晶钎料焊丝的收集和合股-喷射后铜辊甩出的丝材利用收卷装置将丝材收卷后，得到直径在20微米-40微米之间的非晶钎料焊丝。再将收卷的若干卷（通常在数十以上）非晶钎料焊丝，通过多股线绕线装置，将多条非晶钎料焊丝缠绕为单条多股线，并将多股线端头采用电阻焊方式焊接构成非晶合股焊丝，防止丝材散开。非晶合股焊丝直径可达到1mm以上，可运用于较宽间隙的钎焊，并可根据需要进一步加大直径。采用此种合股方式，能在保证钎料成品丝材为非晶态的情况下，丝径达到客户使用要求，且合股的焊丝其熔敷效率和实心非晶焊丝相比有很大提高。

非晶合股焊丝的定径-合股后的焊丝还可通过低温加热过模步骤来定径，低温加热过模步骤将非晶合股焊丝通过低温加热过模的方式制得更精确的合股非晶焊丝，具体方法为在通电加热后通过模具，使焊丝直径更加稳定准确。通过控制电压，使合股非晶焊丝在加工过程中温度在晶化温度以下，保证制得焊丝为非晶态。

可在铜辊上提前加工多个凹槽，制备成型时，所述喷嘴对应一个凹槽，其余凹槽备用。

所述凹槽横截面呈弧形。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：设计合理，制备效率高，成本低，能够在不改变钎料非晶状态下按照客户要求提供合适丝径的焊丝。

附图说明

图1是本申请实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。

参见图1，设备包括熔化恒压喷注一体炉（简称熔注炉）1，熔注炉喷嘴11，铜辊2，环状凹槽21，感应加热线圈3，密封盖4，通气管5，真空泵6，密封阀61，气压阀71，保护气瓶7，气压表8，密封阀9。

熔注炉喷嘴11内径L为0.1mm-0.6mm，所述铜辊2外表面设置环状凹槽21，凹槽21开口处宽度D（铜辊2轴向距离，铜辊2直径为200mm-300mm）大于喷嘴11内径0.1mm-0.2mm，喷嘴11正对水平放置的铜辊2的凹槽21中心且喷嘴11与凹槽底面中心的间距H为0.5mm-1.5mm。

实施例1：如图1所示，备好熔化恒压喷注一体炉1，熔注炉下置喷嘴11出口为圆形，内径为1.3mm。备好表面光滑且带凹槽21的水冷铜辊2，凹槽21开口处宽度D为1.4mm，清理凹槽21表面。喷嘴11正对水平放置的水冷铜辊2凹槽21，且喷嘴11与水冷铜辊2间距H为1mm。将BAg45CuZn作为原材料加入熔注炉，之后将密封盖4盖在熔注炉上，并旋紧紧固螺钉使炉体密封，密封盖4上接一根通气管5，通气管5支管一51经过密封阀61与真空泵6相连，通气管5支管二52经过密封阀9、气压表8和气压阀71与保护气瓶7相连。熔化开始前关闭密封阀9，打开密封阀61和真空泵6，将熔注炉内抽真空。然后关闭密封阀61和真空泵6，打开密封阀9和气压阀71通入惰性气体保护。打开感应加热线圈3电源，通过感应加热使钎料完全熔化，待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶7气压阀71，在保护气氛下，对钎料熔液气压施加0.08-0.12MPa的气压。随着炉内熔液液面下降，增加气压使喷嘴11处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊2（处于保护气体中，表面光滑，转速20m/s）的凹槽21。铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。利用收卷装置将丝材收卷后，得到直径约为40微米的非晶钎料焊丝。再将收卷的数十卷非晶钎料焊丝，通过多股线绕线装置，缠绕成直径约为2mm的较粗非晶焊丝，并将焊丝端头利用电阻焊方式焊成一点，构成非晶合股焊丝，防止丝材散开。

实施例2：备好熔化恒压喷注一体炉1，熔注炉下置喷嘴11出口为圆形，内径L为1mm。备好表面光滑且带凹槽21水冷铜辊2，凹槽21开口处宽度D为1.1mm，清理凹槽21表面。喷嘴11正对水平放置的水冷铜辊2凹槽21，且喷嘴11与水冷铜辊2间距H为1mm。将BCo-1作为原材料加入熔注炉，之后炉体密封，通过通气管5、气压阀71连接保护气瓶7或储气罐。熔化开始前打开气压阀71通入惰性气体保护，通过感应加热使钎料完全熔化，待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶7或储气罐气压阀71，在保护气氛下，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压。随着炉内熔液液面下降，增加保护气体气压使喷嘴11处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊2的凹槽21（铜辊2处于保护气体中，表面光滑，转速25m/s）。铜辊2外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。利用收卷装置将丝材收卷后，得到直径约为35微米的非晶钎料焊丝。再将收卷的数十卷非晶钎料焊丝，通过多股线绕线装置，缠绕成直径约为1.5mm的较粗非晶焊丝，并将焊丝端头利用电阻焊方式焊成一点，构成非晶合股焊丝，防止丝材散开。

实施例3：备好熔化恒压喷注一体炉1，熔注炉下置喷嘴11出口为圆形，内径L为0.5mm。备好表面光滑且带凹槽21的水冷铜辊2，凹槽21开口处宽度D为0.6mm，清理凹槽21表面。喷嘴11正对水平放置的水冷铜辊2凹槽，且喷嘴11与水冷铜辊2间距H为1mm。将BCu93PAg作为原材料加入熔注炉，之后炉体密封，通过通气管5、气压阀71连接保护气瓶7或储气罐。熔化开始前关闭密封阀9，打开密封阀61和真空泵6，熔注炉内抽真空，通过感应加热使钎料完全熔化，待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶7或储气罐气压阀71，在保护气氛下，对钎料熔液气压施加0.08-0.12MPa的气压。随着炉内熔液液面下降，增加气压使喷嘴11处熔液所受压力恒定，熔液以确定流速喷注到快速转动的水冷铜辊2的凹槽21（铜辊2处于真空环境下，表面光滑，转速30m/s）。铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。利用收卷装置将丝材收卷后，得到直径约为25微米的非晶钎料焊丝。再将收卷的数十卷非晶钎料焊丝，通过多股线绕线装置，缠绕成直径约为1.1mm的较粗非晶焊丝，并将焊丝端头利用电阻焊方式焊成一点，构成非晶合股焊丝，防止丝材散开。

制得的非晶合股焊丝在经过有电压差的电极通电加热后，通过直径为1.0mm的模具，控制电机间电压差使焊丝加热温度控制在钎料晶化温度以下，经过模具的焊丝直径为1.00-0.97mm，且仍保持为非晶态，即为合股非晶焊丝。

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种非晶钎料焊丝制作方法，其特征是由以下步骤组成：设备配置，钎料的熔化和恒压喷注，非晶钎料焊丝的收集和合股；

a.设备配置：将熔化恒压喷注一体炉和快速冷却制丝系统安装调试好，熔化恒压喷注一体炉被加热设备有效加热区域覆盖，且下部有喷嘴，喷嘴为圆形，内径为0.1mm-1.5mm；备好带有凹槽的铜辊并清理凹槽表面，所述凹槽环状配置在铜辊外周面，凹槽开口处宽度大于喷嘴内径0.1mm-0.2mm，喷嘴正对水平放置的铜辊的凹槽中心且喷嘴与凹槽底面中心的间距为0.5mm-1.5mm；

b.钎料的熔化和恒压喷注：将钎料放入熔化恒压喷注一体炉中，之后炉体密封，通过气压表连接保护气瓶或储气罐，熔化开始前抽真空或通入惰性气体保护；待钎料熔化均匀后，调节连接的保护气瓶或储气罐气压表，对钎料熔液施加0.08-0.12MPa的气压，使熔液恒压喷注到快速转动的铜辊的凹槽上，铜辊的转速为20-35m/s；

c. 非晶钎料焊丝的收集和合股。

2.根据权利要求1所述非晶钎料焊丝制作方法，其特征是：所述非晶钎料焊丝的收集和合股步骤包括：喷射后铜辊甩出的丝材利用收卷装置收卷，得到直径在20微米-40微米之间的非晶钎料焊丝，将收卷的若干卷非晶钎料焊丝通过多股线绕线装置缠绕为单条多股线，并将多股线端头采用电阻焊方式焊接构成非晶合股焊丝。

3.根据权利要求1或2所述非晶钎料焊丝制作方法，其特征是：还设置有低温加热过模步骤，低温加热过模步骤将非晶合股焊丝通过低温加热过模的方式制得更精确的合股非晶焊丝。

4.根据权利要求1所述非晶钎料焊丝制作方法，其特征是：所述铜辊处于保护气氛中。

5.根据权利要求1所述非晶钎料焊丝制作方法，其特征是：所述铜辊处于真空中。

6.根据权利要求1所述非晶钎料焊丝制作方法，其特征是：所述铜辊外圆直线度、不圆度、圆跳动度、同轴度≤0.03mm，平衡程度等级不低于0.4mm/s的量值。

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