CN110076476A - 一种高强度复合焊料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度复合焊料，所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、硅0.30～0.50％、锰4～8％、镍10～18％、铬4％～8％、钛2～4％、钼0.4～0.8％、铁60～70％，余量为杂质，其中镍与铬的重量比为2～3：1。本发明具有较高的强度和机械拉伸性能，在高温条件下性能稳定，并且成本低廉、电弧飞溅小、易脱渣。

Description

一种高强度复合焊料
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种高强度复合焊料。
背景技术
液压油缸是液压传动系统中的执行元件，它是把液压能转换成机械能的能量转换装置，液压油缸是实现往复运动的机械装置。液压油缸的结构型式有活塞缸、柱塞缸、摆动缸三大类，活塞缸和柱塞缸实现往复直线运动，输出速度和推力，摆动缸实现往复摆动，输出角速度(转速)和转矩。
液压油缸的工作压力较大，长期运行时内部温度较高，而且对于密封要求很严格，因此在生产也维修时对于焊接的质量要求很高。目前，针对液压油缸的焊接一般采用传统焊条或者特种焊条。从材质上来说，传统焊条，如J506焊条等，可以用于对液压油缸的焊接，但是这类焊材的机械性能较低，在焊接后可能会因强度匹配达不到液压油缸的使用要求，而导致焊接后使用寿命不长，容易出现二次裂纹或者渗漏。特种焊条，如WE777特种铸铁焊条，其强度很高，能够较好地满足液压油缸的使用要求，但是成本较高，而且高温条件下性能不稳定，而且对焊接的操作要求较严。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高强度复合焊料及其制备工艺，能够具有较高的强度和机械拉伸性能，在高温条件下性能稳定，并且成本低廉、电弧飞溅小、易脱渣。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高强度复合焊料，所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、硅0.30～0.50％、锰4～8％、镍10～18％、铬4％～8％、钛2～4％、钼0.4～0.8％、铁60～70％，余量为杂质，其中镍与铬的重量比为2～3：1。
本发明的有益效果是：本发明产品以铁为基本元素，完成焊接后，熔覆金属的成分和液压油缸的材质偏差较小，匹配度较好；本发明添加了一定量的碳和硅，还添加了少量的钼元素，可以有效促进熔敷合金中马氏体的形成，有效增加整体强度和力学性能；本发明还含有一定量的镍和铬，并且控制了镍和铬的占比比例，然后添加了少量的钛，上述比例的镍和铬的加入加上少量钛元素的引入，能够在很大程度上改善熔覆合金的韧性，提高熔覆合金的抗撕裂和抗拉伸性能，有效避免焊接区域裂缝的产生，镍和铬的加入，并且控制占比比例，还能够在不影响整体强度的情况下，提高熔覆合金的耐高温性能，保证熔覆合金在高温条件下强度和韧性的稳定。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比中碳优选0.04～0.06％、硅优选0.30～0.40％；所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比中镍优选12～15％、铬优选4％～6％。
采用上述进一步方案的有益效果是能够进一步控制熔覆金属的含碳量，在精确控制含硅量后，能够配合马氏体的大量形成，同时避免含碳量过高导致熔覆合金产生脆性。而精确控制镍和铬的加入量，则在保证高温性能和韧性基础上，在焊接过程中能够增加焊料的淬透性，进一步改善熔覆合金的整体强度。
进一步，所述焊料包括焊芯、裹覆于焊芯表面的药皮和粘结剂；所述药皮中包括的组分及质量百分比为：大理石40～45％、碳酸钡2～8％、萤石20～25％、金红石10～15％、冰晶石5～10％、电解锰3～5％。
采用上述进一步方案的有益效果是能够使焊料在焊接过程中电弧稳定，有效脱氧、脱硫、成渣，并且有效地降低焊缝金属含氢量。
进一步，所述药皮与焊芯的重量比优选1:3.5～4；所述粘结剂与药皮的重量比优选1:4～4.5。
采用上述进一步方案的有益效果是能够有效保证焊接时能够形成本发明所公布的熔覆金属的组分及配比；并且加工和生产都相对便捷。
进一步，所述粘结剂采用纯钠水玻璃或纯钾水玻璃或二者的混合物。在粘结剂采用纯钠水玻璃和纯钾水玻璃混合物时，钠和钾的质量比优选3:1。
采用上述进一步方案的有益效果是能够有效保证粘结剂的波美度，提高粘结剂的粘附能力，避免加工时药皮在焙烧过程中产生脱落。
进一步，所述焊芯包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、金属硅0.30～0.50％、电解锰3～7％、电解镍10～18％、金属铬4～8％、钛铁矿粉4～8％、钼铁：1.2～2.4％、铁粉58～70％，其中镍与铬的重量比为2～3：1；所述焊芯包括的组分及质量百分比中电解镍优选12～15％、金属铬优选4％～6％。
采用上述进一步方案的有益效果是能够有效保证熔覆金属的强度和韧性，提高熔覆合金的抗撕裂和抗拉伸性能。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明设计的高强度复合焊料包括焊芯、裹覆于焊芯表面的药皮和粘结剂，适用于对液压油缸进行焊接。
药皮中包括的组分及质量百分比为：大理石40～45％、碳酸钡2～8％、萤石20～25％、金红石10～15％、冰晶石5～10％、电解锰3～5％。
大理石粉能够在电弧热的作用下分解成CaO和CO2，是焊料常用的造渣、造气材料，能够提高熔渣的碱度，稳定电弧并细化熔滴，增大熔渣与金属界面张力，改善脱渣并有较好的脱硫能力。碳酸钡的主要作用是造渣、造气、稳定电弧，调整熔渣物理性能，改善脱渣性和压涂性能；同时，加入碳酸钡还能有效提高药皮组分中碳酸盐的质量分数，在电弧气氛中分解生成CO2将熔覆金属与空气隔离，阻止空气中有害气体对焊缝金属的侵蚀。萤石则能够降低熔渣的熔点，提高熔渣流动性；同时萤石在电弧高温环境下会分解出F-，有效地降低焊缝金属含氢量，使焊缝金属低氢化。金红石粉的作用主要是稳定电弧并造渣，能够调节熔渣的熔点、粘度、表面张力和流动性，改善焊缝成形、减小飞溅。冰晶石粉的主要作用是造渣并调整熔渣的物理性能，还能除氢并改善焊条的工艺性能。电解锰的加入可起到脱硫、脱氧的作用，还可以向焊缝过渡(渗入)锰元素、提高焊缝强度。
焊芯包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、金属硅0.30～0.50％、电解锰3～7％、电解镍10～18％、金属铬4～8％、钛铁矿粉4～8％、钼铁：1.2～2.4％、铁粉58～70％，其中镍与铬的重量比为2～3：1。
碳是提高熔覆金属强度的重要元素，0.04～0.08％的碳能够有效保障熔覆合金的整体强度，并且不会导致熔覆金属产生脆性。硅元素的加入则会在焊接过程中使硅元素在熔覆合金中形成网状晶粒，在精确控制含硅量后，能够促进氏体的大量形成，提高熔覆合金的强度和抗撕裂性能。一定量的锰元素则能够提高熔覆金属的强度及脱氧性，同时还可有效改善焊缝金属低温韧性。钼的加入则是为了提高熔覆金属的韧性和屈服强度。镍和铬的加入，并且控制占比比例，还能够在不影响整体强度的情况下，提高熔覆合金的耐高温性能，保证熔覆合金在高温条件下强度和韧性的稳定。铬元素还能有效提高熔敷金属中针状铁素体的含量，从而提高熔覆金属的强度和韧性。精确控制镍和铬的加入量，还能在焊接过程中能够增加焊料的淬透性，进一步改善熔覆合金的整体强度。钛元素的加入，则能够提高熔覆合金的抗撕裂和抗拉伸性能。
本发明还提供了改进的实施方式，在改进的实施方式中，所述焊芯包括的组分及质量百分比中电解镍优选12～15％、金属铬优选4％～6％。
粘结剂采用纯钠水玻璃或纯钾水玻璃或二者的混合物。在粘结剂采用纯钠水玻璃和纯钾水玻璃混合物时，钠和钾的质量比优选3:1。
本发明还提供了改进的实施方式，在改进的实施方式中，所述药皮与焊芯的重量比优选1:3.5～4；所述粘结剂与药皮的重量比优选1:4～4.5。
本发明的焊料可以采用以下方法制成：
焊芯制备
首先按照本发明的配比，将焊芯的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
按照本发明的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。按照本发明的配比量向混匀的粉料中加入粘结剂，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
本发明的焊料焊接后，熔覆金属包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、硅0.30～0.50％、锰4～8％、镍10～18％、铬4％～8％、钛2～4％、钼0.4～0.8％、铁60～70％，余量为杂质，其中镍与铬的重量比为2～3：1。
实施例1
焊芯制备
首先以粉剂形态按照碳0.04％、金属硅0.50％、电解锰7％、电解镍10％、金属铬5％、钛铁矿粉8％、钼铁：2.4％、剩余为铁粉的配比准确称量各组分物料，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
药皮与焊芯的重量比1:3.5；粘结剂与药皮的重量比1:4。
按照大理石44％、碳酸钡8％、萤石25％、金红石10％、冰晶石10％、电解锰3％的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。向混匀的粉料中加入粘结剂，粘结剂选用纯钠水玻璃，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
实施例2
焊芯制备
首先以粉剂形态按照碳0.08％、金属硅0.30％、电解锰3％、电解镍16％、金属铬8％、钛铁矿粉4％、钼铁：1.2％、剩余为铁粉的配比准确称量各组分物料，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
药皮与焊芯的重量比1:4；粘结剂与药皮的重量比1:4.5。
按照大理石45％、碳酸钡6％、萤石25％、金红石15％、冰晶石5％、电解锰4％的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。向混匀的粉料中加入粘结剂，粘结剂选用纯钾水玻璃，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
实施例3
焊芯制备
首先以粉剂形态按照碳0.06％、金属硅0.40％、电解锰5％、电解镍18％、金属铬6％、钛铁矿粉6％、钼铁：1.8％、剩余为铁粉的配比准确称量各组分物料，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
药皮与焊芯的重量比1:4；粘结剂与药皮的重量比1:4。
按照大理石大理石45％、碳酸钡2％、萤石25％、金红石15％、冰晶石10％、电解锰3％的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。向混匀的粉料中加入粘结剂，粘结剂选用纯钠水玻璃和纯钾水玻璃混合物时，钠和钾的质量比3:1，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
实施例4
焊芯制备
首先以粉剂形态按照碳0.06％、金属硅0.40％、电解锰5％、电解镍16％、金属铬8％、钛铁矿粉4％、钼铁：1.2％、剩余为铁粉的配比准确称量各组分物料，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
药皮与焊芯的重量比1:4；粘结剂与药皮的重量比1:4.5。
按照大理石40％、碳酸钡5％、萤石25％、金红石15％、冰晶石10％、电解锰5％。的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。向混匀的粉料中加入粘结剂，粘结剂选用纯钠水玻璃和纯钾水玻璃混合物时，钠和钾的质量比2:1，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
实施例5
焊芯制备
首先以粉剂形态按照碳0.06％、金属硅0.40％、电解锰5％、电解镍12％、金属铬4％、钛铁矿粉5％、钼铁：2％、剩余为铁粉的配比准确称量各组分物料，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
药皮与焊芯的重量比1:3.5；粘结剂与药皮的重量比1:4。
按照大理石45％、碳酸钡6％、萤石20％、金红石15％、冰晶石10％、电解锰4％。的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。向混匀的粉料中加入粘结剂，粘结剂选用纯钠水玻璃，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
实施例6
焊芯制备
首先以粉剂形态按照碳0.04％、金属硅0.50％、电解锰5％、电解镍14％、金属铬6％、钛铁矿粉7％、钼铁：1.6％、剩余为铁粉的配比准确称量各组分物料，而后混合均匀。然后将混匀的粉料压制成焊条形状，入炉焙烧，先低温烘焙0.5h，而后150℃烘焙1h，最后400℃焙烧1h以上烧结成型。
涂覆药皮
药皮与焊芯的重量比1:3.5；粘结剂与药皮的重量比1:4.5。
按照大理石45％、碳酸钡8％、萤石22％、金红石15％、冰晶石5％、电解锰5％。的配比，将药皮的各个组分以粉剂形态准确称量，而后混合均匀。向混匀的粉料中加入粘结剂，粘结剂选用纯钾水玻璃，搅拌、混合呈粘稠糊状，而后按照本发明的配比量将其均匀涂覆在焊芯的外表面。
制作焊料
将涂覆了药皮的焊料入炉焙烧，以25℃/min的速度，均匀升温至400℃焙烧1h以上烧结成型。
将上述实施例的焊料接热输入40KJ/mm以下焊接，而后对熔覆金属的各项性能指标进行测试。熔敷金属Rm在850Mpa以上，Rp0.2在635Mpa以上，而且焊接时电弧飞溅小、焊弧稳定，完全能够满足液压油缸的焊接需要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强度复合焊料，其特征在于，所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、硅0.30～0.50％、锰4～8％、镍10～18％、铬4％～8％、钛2～4％、钼0.4～0.8％、铁60～70％，余量为杂质，其中镍与铬的重量比为2～3：1。
2.根据权利要求1所述一种高强度复合焊料，其特征在于，所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比中碳0.04～0.06％、硅0.30～0.40％。
3.根据权利要求1所述一种高强度复合焊料及其制备工艺，其特征在于：所述焊料形成的熔敷金属包括的组分及质量百分比中镍12～15％、铬4％～6％。
4.根据权利要求1所述一种高强度复合焊料，其特征在于，所述焊料包括焊芯、裹覆于焊芯表面的药皮和粘结剂；所述药皮中包括的组分及质量百分比为：大理石40～45％、碳酸钡2～8％、萤石20～25％、金红石10～15％、冰晶石5～10％、电解锰3～5％。
5.根据权利要求2所述一种高强度复合焊料，其特征在于：所述药皮与焊芯的重量比为1:3.5～4。
6.根据权利要求2所述一种高强度复合焊料，其特征在于：所述粘结剂与药皮的重量比为1:4～4.5。
7.根据权利要求2所述一种高强度复合焊料，其特征在于：所述粘结剂为纯钠水玻璃或纯钾水玻璃或二者的混合物。
8.根据权利要求7所述一种高强度复合焊料，其特征在于：所述粘结剂为纯钠水玻璃和纯钾水玻璃的混合物，钠和钾的质量比为3:1。
9.根据权利要求1所述一种高强度复合焊料，其特征在于：所述焊芯包括的组分及质量百分比为：碳0.04～0.08％、金属硅0.30～0.50％、电解锰3～7％、电解镍10～18％、金属铬4～8％、钛铁矿粉4～8％、钼铁：1.2～2.4％、铁粉58～70％，其中镍与铬的重量比为2～3：1。
10.根据权利要求1所述一种高强度复合焊料，其特征在于：所述焊芯包括的组分及质量百分比中电解镍12～15％、金属铬4％～6％。
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CN113500278A (zh) * 2021-07-28 2021-10-15 攀钢集团研究院有限公司 一种锌铝镁镀层板的焊接方法

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