CN110181194B - 一种复配型钎焊材料及钎焊工艺 - Google Patents

一种复配型钎焊材料及钎焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复配型钎焊材料及钎焊工艺，涉及焊接技术领域。该复配型钎焊材料可用于铜‑铝‑不锈钢复合材料与铝及不锈铁的钎焊连接。且具体地，复配型钎焊材料包括复配型钎剂和铝硅钎料；复配型钎剂包括质量占比为60％～90％、熔程为440～480℃的氟铝酸铯、质量占比为40％～10％的氟铝酸钾。该钎焊材料液相线温度低，从而有效降低钎焊温度。钎料颗粒较小及熔程较短，使其熔化时间也大为缩短，复配型钎剂可有效改善钎料熔化后的流动性。在钎焊机的工装下模头上方设置石墨垫块，可省去焊接前车削铜层工序，使得焊接后焊件能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，有效提高焊件成品率，稳定和提升焊件质量。

Description

一种复配型钎焊材料及钎焊工艺
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，且特别涉及一种复配型钎焊材料及钎焊工艺。
背景技术
现有的铜-铝-不锈钢复合材料复底锅产品由第一部分复合材料锅底与第二部分导热铝和第三部分不锈铁等多层材料复合钎焊而成。由于现有的钎焊设备下模头导热较差，所用钎焊材料温度偏高，经常出现局部虚焊，甚至三层复合材料中最外层的铜在钎焊部位边缘出现熔化的情况。为保证钎焊质量，需先车削去除铜-铝-不锈钢复合材料待焊位置最外层的铜，在铝板两面涂刷好钎剂及筛撒好钎料后，装配于与铜-铝-不锈钢复合材料待焊位置和不锈铁底板之间，如图1所示。再将装配好的焊件放置于高频钎焊机的钎焊工位上进行加压钎焊。钎焊完成后，如图2所示，取下焊件检查如无虚焊，放至水冷保压机上压平，随后对焊件外部进行抛光处理。
然而，采用现有技术中的焊接工艺存在焊接质量较低的技术问题。
发明内容
本发明的目的包括提供一种复配型钎焊材料，此复配型钎焊材料液相线温度较低，从而有效降低钎焊温度。同时，钎料颗粒较小及熔程较短，使其熔化时间也大为缩短，复配型钎剂可有效改善钎料熔化后的流动性，使得焊接后焊件能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，可有效地提高焊件成品率，同时稳定和提升焊件质量。
本发明的另一目的包括提供一种钎焊工艺，利用上述的复配型钎焊材料和钎焊工艺进行钎焊作业，实现铜-铝-不锈钢复合材料与铝和不锈铁异种金属一次性的良好钎焊连接。因此，本发明钎焊工艺相对于现有工艺具有不用车削铜-铝-不锈钢复合材料中待焊部位的复合铜层，节省车削工序，且钎焊后能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，达到提高焊件成品率，稳定和提升焊件质量之目的。
本发明解决现有技术中存在焊接质量较低的问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种复配型钎焊材料，用于铜-铝-不锈钢复合材料与铝及不锈铁的钎焊连接：
复配型钎焊材料包括复配型钎剂和铝硅钎料。
其中，复配型钎剂包括质量占比为60％～90％、熔程为440～480℃的氟铝酸铯；以及，质量占比为40％～10％的氟铝酸钾。铝硅钎料为Al88Si12，配合粒度为60～200目，熔程为575～585℃。
本发明提出包括在钎焊机的工装下模头上方设置石墨垫块的钎焊工艺，采用上述的复配型钎焊材料和本发明钎焊工艺可对铜-铝-不锈钢复合材料与铝及不锈铁进行钎焊作业。
本发明实施例的复配型钎焊材料及钎焊工艺的有益效果是：
本发明的实施例提供了一种复配型钎焊材料，用于铜-铝-不锈钢复合材料与铝及不锈铁的钎焊连接：复配型钎焊材料包括复配型钎剂和铝硅钎料；其中，复配型钎剂包括质量占比为60％～90％、熔程为440～480℃的氟铝酸铯；以及，质量占比为40％～10％的氟铝酸钾。铝硅钎料为Al88Si12，配合粒度为60～200目熔程为575～585℃。该复配型钎焊材料的液相线温度较低，从而有效地降低钎焊温度。同时，钎料颗粒较小及熔程较短，其熔化时间也大为缩短。复配型钎剂可有效地改善钎料熔化后的流动性。使得焊接后焊件能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，有效地提高焊件成品率，稳定和提升焊件质量。
本发明的实施例还提供了一种钎焊工艺，采用的复配型钎焊材料和钎焊工艺，实现铜-铝-不锈钢复合材料与铝和不锈铁异种金属一次性的良好钎焊连接。因此，该钎焊工艺相对于现有工艺具有不用车削铜-铝-不锈钢复合材料中待焊部位的复合铜层，节省车削工序，且钎焊后能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，达到提高焊件成品率，稳定和提升焊件质量之目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术提供的钎焊工艺中的钎焊前后工件示意图；
图2为现有技术提供的钎焊工艺的流程示意图；
图3为本发明的实施例提供的钎焊工艺中钎焊前后的工件示意图；
图4为本发明提供的钎焊工艺中的钎焊前后工件示意图；
图5为本发明的实施例提供的钎焊工艺的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的复配型钎焊材料及钎焊工艺进行具体说明。
本发明的实施例提供了一种复配型钎焊材料，用于铜-铝-不锈钢复合材料与铝及不锈铁的钎焊连接：
复配型钎焊材料包括复配型钎剂和铝硅钎料；其中，复配型钎剂包括质量占比为60％～90％、熔程为440～480℃的氟铝酸铯；以及，质量占比为40％～10％的氟铝酸钾。该钎剂液相线温度较低，从而有效降低钎焊温度。同时，复配型钎剂可有效改善钎料熔化后的流动性，使得焊接后焊件能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，有效地提高焊件成品率，稳定和提升焊件质量。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，铝硅钎料为Al88Si12，且铝硅钎料的配合粒度为60～200目，熔程为575～585℃。钎料颗粒较小及熔程较短，使其熔化时间大为缩短，熔化后的流动性变好。当然，在本发明的其他实施例中，钎料的粒径还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。
如图3、图4和图5所示，本发明的实施例还提供了一种钎焊工艺。采用上述的复配型钎焊材料及本发明的钎焊工艺可对铜-铝-不锈钢复合材料与铝及不锈铁进行钎焊作业，实现铜-铝-不锈钢复合材料与铝和不锈铁异种金属一次性的良好钎焊连接。该钎焊工艺相对于现有工艺具有不用车削铜-铝-不锈钢复合材料中待焊部位的复合铜层，节省车削工序，且钎焊后能通过10次350℃和30次300℃的干烧测试，达到提高焊件成品率，稳定和提升焊件质量之目的。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，参阅图3，钎焊机的工装下模头材料包括石棉模头以及设置于石棉模头上方的石墨垫块。石墨垫块的设置可消除母材中不参与钎焊部分的铜和铝的快速散热所带来的钎焊面温度不均匀的情况。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，石墨垫块的厚度为10～20mm。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，钎焊工艺还具体包括：
将复配型钎剂与水按1:2～3的重量比调成钎剂浆料。
将钎剂浆料涂覆到与铜-铝-不锈钢复合材料钎焊的铝板的两面上。
在涂覆有钎剂浆料的铝板的两面进行均匀筛撒铝硅钎料作业。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，在涂覆有钎剂浆料的铝板的两面进行均匀筛撒铝硅钎料作业的步骤中：
铝硅钎料的筛撒加入量为5kg/m2。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，请参阅图3至图5，在铝板的两面均匀筛撒铝硅钎料后进行钎焊作业的步骤中，钎焊作业具体包括：
将铜-铝-不锈钢复合材料、铝以及不锈铁依次装配后得到复合待焊件(见图4)；
将复合待焊件放置于工装下模头上方设置10～20mm石墨垫块的钎焊机上进行焊接。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，参阅图5，将复合待焊件放置于钎焊机上进行焊接具体包括：
将复合待焊件放置于钎焊机后，用35～45MPa的压力压住，并同时用50～60kW的功率加热55～58s，停止加热后在原压力下冷却55～58s后取下焊件。优选地，功率可选择为55kW，压力可选择为40MPa。当然其具体值也可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，请参阅图5，复合待焊件放置于钎焊机上进行焊接还包括：
检查取下的焊件有无虚焊，若有进行二次钎焊，且二次钎焊仍不合格的焊件作报废处理；若无虚焊，则将焊件放至水冷保压机上压平焊面，随后对焊件外部进行抛光处理。
以下结合实施例及实验例对本发明的目的、技术方案和优点作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种复配型钎焊材料及钎焊工艺，其具体包括以下步骤：
S1：改进钎焊机现有工装下模头。将钎焊机的工装下模头材料由石棉改为石棉模头上端面加一块导热性能更好厚度为10mm的石墨垫块组成复合结构模头(见图3)；
S2：将质量百分数为60％氟铝酸铯和40％氟铝酸钾制成的复配钎剂与水按1.0：2.0的重量比调成钎剂浆料；
S3：用毛刷把钎剂浆料涂覆到与铜-铝-不锈钢复合材料钎焊的铝板两面；
S4：把小于60目至大于200目的铝硅(Al88Si12)钎料均匀筛撒在涂覆钎剂浆料的铝板两面上，筛撒加入量为5kg/m2；
S5：复合待焊件按铜-铝-不锈钢复合材料→铝→不锈铁顺序依次装配(见图4)；
S6：复合待焊件放置于工装下模头上方设置10mm石墨垫块的钎焊机上，用40MPa的压力压住，同时用55kW功率加热58秒，停加热后再保持原来压力冷却58秒后，取下焊件检查有无虚焊，如有则进行二次钎焊，如仍不合格，则报废；
S7：将已检查合格的焊件，放至水冷保压机上压平焊面，并用水冷却5秒，完成钎焊；
S8：将压平焊件抛光处理后，包装成产品。
实施例2
本实施例提供了一种复配型钎焊材料及钎焊工艺，其具体包括以下步骤：
S1：改进钎焊机现有工装下模头。将钎焊机的工装下模头材料由石棉改为石棉模头上端面加一块导热性能更好厚度为15mm的石墨垫块组成复合结构模头(见图3)；
S2：将质量百分数为80％氟铝酸铯和20％氟铝酸钾制成的复配钎剂与水按1.0：2.5的重量比调成钎剂浆料；
S3：用毛刷把钎剂浆料涂覆到与铜-铝-不锈钢复合材料钎焊的铝板两面；
S4：把小于70目至大于200目的铝硅(Al88Si12)钎料均匀筛撒在涂覆钎剂浆料的铝板两面上，筛撒加入量为5kg/m2；
S5：复合待焊件按铜-铝-不锈钢复合材料→铝→不锈铁顺序依次装配(见图4)；
S6：复合待焊件放置于工装下模头上方设置15mm石墨垫块的钎焊机上，用40MPa的压力压住，同时用55kW功率加热56秒，停加热后再保持原来压力冷却56秒后，取下焊件检查有无虚焊，如有则进行二次钎焊，如仍不合格，则报废；
S7：将已检查合格的焊件，放至水冷保压机上压平焊面，并用水冷却5秒，完成钎焊；
S8：将压平焊件抛光处理后，包装成产品。
实施例3
本实施例提供了一种复配型钎焊材料及钎焊工艺，其具体包括以下步骤：
S1：改进钎焊机现有工装下模头。将钎焊机的工装下模头材料由石棉改为石棉模头上端面加一块导热性能更好厚度为20mm的石墨垫块组成复合结构模头(见图3)；
S2：将质量百分数为90％氟铝酸铯和10％氟铝酸钾制成的复配钎剂与水按1.0：3.0的重量比调成钎剂浆料；
S3：用毛刷把钎剂浆料涂覆到与铜-铝-不锈钢复合材料钎焊的铝板两面；
S4：把小于80目至大于200目的铝硅(Al88Si12)钎料均匀筛撒在涂覆钎剂浆料的铝板两面上，筛撒加入量为5kg/m2；
S5：复合待焊件按铜-铝-不锈钢复合材料→铝→不锈铁顺序依次装配(见图4)；
S6：复合待焊件放置于工装下模头上方设置20mm石墨垫块的钎焊机上，用40MPa的压力压住，同时用55kW功率加热55秒，停加热后再保持原来压力冷却55秒后，取下焊件检查有无虚焊，如有则进行二次钎焊，如仍不合格，则报废；
S7：将已检查合格的焊件，放至水冷保压机上压平焊面，并用水冷却5秒，完成钎焊；
S8：将压平焊件抛光处理后，包装成产品。
实验例
将实施例及现有工艺得到的外观检测合格的焊件产品，均随机取50个做干烧测试，结果如表1所示。
表1.50个钎焊合格产品干烧测试结果
Figure BDA0002117617180000091
由表1可看出：本发明钎焊的产品相对于用现有钎焊技术钎焊的产品，钎焊合格产品在做30次300℃干烧测试后的成品率由92％提升到98％，10次350℃干烧测试后的成品率也由84％大幅提升到96％。
综上所述，本发明实施例的复配型钎焊材料及钎焊工艺具有以下
有益效果：
1、节省工序。通过改进钎焊设备下模头，取消了现有工艺中车削铜-铝-不锈钢复合材料待焊部位复合铜层的工序。这既节省工序，也提高了生产效率。
2、提高焊件成品率。现有工艺中车削铜-铝-不锈钢复合材料待焊部位复合铜层的工序，由于受车床稳定性和人为操作因素的影响，使车削后的待焊工件成品率仅约为97％。本发明节省了这道工序，相应地将待焊件成品率提高约3％。
3、提高焊件产品使用的热效率。用本发明焊接出来的焊件产品相对于用现有工艺钎焊出来的焊件产品多了一层铜，保持了铜-铝-不锈钢复合材料的完整性。这有助于加快焊件产品在加热过程的导热速度，使焊件产品整体受热更加均匀。
4、本发明将现有工艺使用的钎焊材料(-40目熔程为575～615℃的铝硅亚共晶(Al92Si8)钎料及氟铝酸钾钎剂)改为粒度较细(小于60目至大于200目)熔程为575～585℃的铝硅(Al88Si12)钎料及氟铝酸铯与氟铝酸钾制成的复配型钎剂，缩短了钎焊时间及降低了钎焊温度，提高了焊件的钎焊质量。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种复配型钎焊材料，用于作为铜-铝-不锈钢复合材料与铝及不锈铁钎焊的钎焊材料，其特征在于：
所述复配型钎焊材料包括复配型钎剂和铝硅钎料；
其中，所述复配型钎剂包括质量占比为60％～90％、熔程为440～480℃的氟铝酸铯；以及，质量占比为40％～10％的氟铝酸钾；
且所述复配型钎剂的钎焊工艺包括将所述复配型钎剂与水按照1:2～3的重量比混合后得到钎剂浆料；将所述钎剂浆料涂覆于铜-铝-不锈钢复合材料钎焊的铝板的两面上；在所述铜-铝-不锈钢复合材料的铝板的两面进行均匀筛撒所述铝硅钎料；将所述铜-铝-不锈钢复合材料、所述铝以及所述不锈铁依次装配后得到复合待焊件；将所述复合待焊件放置于工装下模头上方设置石墨垫块的钎焊机上进行焊接。
2.根据权利要求1所述的复配型钎焊材料，其特征在于：
所述铝硅钎料为Al88Si12，且所述铝硅钎料的配合粒度为60～200目，熔程为575～585℃。
3.一种钎焊工艺，其特征在于：
所述钎焊工艺是采用权利要求2所述的复配型钎焊材料对所述铜-铝-不锈钢复合材料与所述铝及所述不锈铁在钎焊机上进行钎焊作业的工艺。
4.根据权利要求3所述的钎焊工艺，其特征在于：
所述钎焊机的工装下模头材料包括石棉模头以及设置于所述石棉模头上方的石墨垫块。
5.根据权利要求4所述的钎焊工艺，其特征在于：
所述石墨垫块的厚度为10～20mm。
6.根据权利要求3所述的钎焊工艺，其特征在于，在所述铝板的两面进行均匀筛撒所述铝硅钎料的步骤中：
所述铝硅钎料的筛撒加入量为5kg/m2。
7.根据权利要求3所述的钎焊工艺，其特征在于，将所述复合待焊件放置于所述钎焊机上进行焊接具体包括：
将所述复合待焊件放置于所述钎焊机后，用35～45MPa的压力压住，并同时用50～60kW的功率加热55～58s，停止加热后在原压力下冷却55～58s后取下焊件。
8.根据权利要求7所述的钎焊工艺，其特征在于，将所述复合待焊件放置于所述钎焊机上进行焊接还包括：检查取下的所述焊件有无虚焊，若有进行二次钎焊，且二次钎焊仍不合格的焊件作报废处理；若无虚焊，则将所述焊件放至水冷保压机上压平焊面，随后对焊件外部进行抛光处理。
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