CN108907199B - 一种电焊用多孔金属焊材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电焊用多孔金属焊材；属于焊接技术领域。所述多孔金属焊材为孔隙率20‑80％的多孔金属，可用于制作焊材、焊丝和焊片。本发明首次设计了用于制作电焊用焊条、焊丝和焊片的多孔金属焊材，该焊材所需焊接电流较小，适用于薄板焊接；同时开发出了控制孔隙的方法。本发明所得产品质量稳定、可控；操作简单，便于大规模的工业化应用。

Description

一种电焊用多孔金属焊材
技术领域
本发明涉及一种电焊用多孔金属焊材；属于焊接技术领域。
背景技术
现有电焊用焊材材料一般为致密材质，这导致传统的金属电焊时，采用大电流时易造成咬边、烧穿、过热等缺陷，如奥氏体不锈钢焊材，电流过大时易引起晶间腐蚀。
发明内容
为了实现在低电流下实现对物质的良好焊接；研究人员从焊接芯材的组成、皮药的组成上做了大量的研究，但是效果一般。在偶然的情况下，发现用金属纤维烧结毡用来做焊材时，所用电流急剧下降；基于此发现，提出了本发明。
本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述多孔金属焊材含有多孔金属纤维。作为优选方案，所述多孔金属焊材主要由金属纤维组成，作为进一步的优选方案，所述多孔金属焊材中金属纤维的质量百分含量≥50％。
作为优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述焊材的孔隙率为20-80％，进一步优选孔隙率为30-60％。
作为优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述焊材可制成焊条、焊丝和焊片。
作为优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述焊材由金属纤维烧结毡制备而成；且氧含量小于10ppm。
作为优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述金属纤维烧结毡的制备方法为：
将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空；然后进行放电等离子烧结5～15min；冷却；得到产品；放电等离子体烧结时，控制烧结温度为1000～1200℃；在放电等离子烧结前，所述预烧结的金属纤维毡的铺设高度H大于导电垫片的高度d；
其中，导电垫片的高度
Figure BDA0001784182890000021
其中，FAW为烧结前纤维毡克重，单位g/cm2.；
N为烧结毡的孔隙率，单位％
ρ金属为该材料金属的密度，单位g/cm3；
d的单位为cm。
作为进一步的优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述金属纤维烧结毡制备过程中；放电等离子烧结时，控制施加于预烧结的金属纤维毡和导电垫片的压力为2～5MPa。
作为进一步的优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述导电垫片为中空结构；预烧结的金属纤维毡的铺设于导电垫片的中空结构中，并控制铺设高度H大于导电垫片的高度d；放电等离子烧结时，轴向加压设备与导电垫片直接接触。
作为进一步的优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述金属纤维烧结毡制备时；导电垫片的材质为金属材质或碳材质。优选为硬质石墨。
作为进一步的优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述金属纤维烧结毡制备过程中；当导电垫片的材质为金属材质时，在导电垫片与填充的预烧结的金属纤维毡之间设置一层碳纸。
作为进一步的优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述金属纤维烧结毡制备过程中；铺设好预烧结的金属纤维毡后，在其顶部铺设一层碳纸，等离子烧结时，碳纸和轴向加压设备接触。
作为进一步的优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空至炉内气压小于等于5×10-2Pa后；然后进行放电等离子烧结5～15min；以100～150℃/min的冷却速度冷却；得到产品。
作为优选方案，本发明一种电焊用多孔金属焊材；所述焊材通过金属粉末通过粉末冶金的方式制备。但由于要保证孔隙率；在粉末冶金制备过程中难免会引入造孔剂，这不利于产品质量的稳定化控制。
优势
本发明首次设计了多孔焊材；并开发出了如何制备高质量多孔焊材的技术。利用本发明所设计焊材制成的焊条、焊丝或焊片；其使用电流远远低于现有市面上的同类产品。由于焊接电流的降低，为大幅度降低成品中的晶间腐蚀提供了可能。
具体实施方式
实施例1
本实施例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为300g/m2的316L金属纤维毛毡，其纤维直径为20μm，纤维长度30㎜。
步骤二、将步骤一的不锈钢纤维毛毡与0.32mm厚不锈钢金属圆环垫片一起放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。其中不锈钢纤维毛毡的堆叠厚度为0.6-0.8mm。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力为2MPa)，进行抽真空，100℃/min升温到1000℃，保温10min，烧结结束后水冷到室温，取出316L金属纤维毛毡。将所得的316L金属纤维毛毡经轧制处理成孔隙率为20％的焊材，直径2mm。
实施例2：
步骤一、原料采用克重为300g/m2的316L金属纤维毛毡，其纤维直径为20μm，纤维长度30㎜。
步骤二、将步骤一的不锈钢纤维毛毡与0.32mm厚不锈钢金属圆环垫片一起放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。其中不锈钢纤维毛毡的堆叠厚度为0.6-0.8mm。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力为2MPa)，进行抽真空，100℃/min升温到1000℃，保温10min，烧结结束后水冷到室温，取出316L金属纤维毛毡。将所得的316L金属纤维毛毡经轧制处理成孔隙率为40％的焊材，直径2mm。
实施例3
本实施例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为300g/m2的316L金属纤维毛毡，其纤维直径为20μm，纤维长度30㎜。
步骤二、将步骤一的不锈钢纤维毛毡与0.32mm厚不锈钢金属圆环垫片一起放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。其中不锈钢纤维毛毡的堆叠厚度为0.6-0.8mm。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力为2MPa)，进行抽真空，100℃/min升温到1000℃，保温10min，烧结结束后水冷到室温，取出316L金属纤维毛毡。将所得的316L金属纤维毛毡加工成孔隙率为60％的焊材，直径2mm。
实施例4
本实施例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为300g/m2的316L金属纤维毛毡，其纤维直径为20μm，纤维长度30㎜。
步骤二、将步骤一的不锈钢纤维毛毡与0.32mm厚不锈钢金属圆环垫片一起放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。其中不锈钢纤维毛毡的堆叠厚度为0.6-0.8mm。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力为2MPa)，进行抽真空，100℃/min升温到1000℃，保温10min，烧结结束后水冷到室温，取出316L金属纤维毛毡。将所得的316L金属纤维毛毡加工成孔隙率为80％的焊材，直径2mm。
对比例1：
一种金属焊材，采用316L不锈钢作为焊材(实心)，直径2mm。
效果检测
施焊中，实施例1、2、3、4在30～50A电流下完成了焊接，对比例1在80～100A电流下才能完成焊接。完成焊接后，同等腐蚀条件下(原材料一致，只是焊材有区别)；晶间腐蚀的情况为对比例1＞实施例4＞实施例1＞实施例3＞实施例2。

Claims (9)

1.一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：所述多孔金属焊材中含有多孔金属纤维；所述焊材由金属纤维烧结毡制备而成；
所述金属纤维烧结毡的制备方法为：
将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空；然后进行放电等离子烧结5～15min；冷却；得到产品；放电等离子体烧结时，控制烧结温度为1000～1200℃；在放电等离子烧结前，所述预烧结的金属纤维毡的铺设高度H大于导电垫片的高度d；
其中，导电垫片的高度
Figure FDA0002573674850000011
其中，FAW为烧结前纤维毡克重，单位g/cm2 .；
N为烧结毡的孔隙率，单位％；
ρ金属为该金属材料的密度，单位g/cm3；
d的单位为cm。
2.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：所述焊材的孔隙率为20-80％。
3.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：所述焊材可制成焊条、焊丝和焊片。
4.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：所述焊材氧含量小于10ppm。
5.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于；放电等离子烧结时，控制施加于预烧结的金属纤维毡和导电垫片的压力为2～5MPa。
6.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：导电垫片为中空结构；预烧结的金属纤维毡的铺设于导电垫片的中空结构中，并控制铺设高度H大于导电垫片的高度d；放电等离子烧结时，轴向加压设备与导电垫片直接接触。
7.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：导电垫片的材质为金属材质或碳材质。
8.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：当导电垫片的材质为金属材质时，在导电垫片与填充的预烧结的金属纤维毡之间设置一层碳纸。
9.根据权利要求1所述的一种电焊用多孔金属焊材；其特征在于：将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空至炉内气压小于等于5×10-2Pa后；然后进行放电等离子烧结5～15min；以100～150℃/min的冷却速度冷却；得到产品。
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