CN111702272A - 一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法 - Google Patents

一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钎焊焊接技术领域，具体的，涉及一种铜‑钢异种金属火焰钎焊焊接方法。本发明是通过采用HIAgCu40‑35银基复合金属作为过渡金属，使用自制320J‑7银钎焊料，焊前对焊丝和待焊工件进行表面清洗、对焊料进行烘干处理以及将待焊工件进行暂焊和校正，焊接时采用火焰为外焰来加热，焊枪匀速移动，焊丝匀速填丝，并保证银钎焊料均匀受热熔化，形成外形美观、质量良好的连续焊缝完成焊接；本发明的优点是：大大提高了铜‑钢异种金属焊接的可靠性，减少焊缝内部铜‑钢异种金属原子间相互扩散，防止焊接裂纹的产生，焊缝成形均匀。

Description

一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法
技术领域
本发明属于钎焊焊接技术领域，具体的，涉及一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法。
背景技术
航空发动机加温器是某型号飞机发动机的一个重要附件，是保持该型号飞机驾驶舱环境温度的关键部件。该加温器由进气管、排气管、散热片、挡板、外壳和衬套等多个零件焊接而成，其中排气管、挡板、外壳和衬套为不锈钢材料，散热片为铜质材料。为保证驾驶舱环境温度，散热片呈螺旋状环绕在排气管表面构成铜-钢角接焊工件，如图1所示。铜-钢异种金属的角焊结构在焊接过程中，在母材铜一侧易产生气孔和母材晶粒长大现象，且低熔共晶体在热应力作用下易产生裂纹；在母材钢一侧熔合区容易发生液态铜向钢晶粒一侧渗透作用，从而导致热裂纹形成。加上零件结构形状复杂，焊接难度大，焊接质量难以保证。因此提供一种生产效率高、成本低和焊缝接头质量较好的铜-钢异种金属焊接方法尤为重要。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中针对航空用加温器结构件焊接时，由于铜-钢异种金属在物理、化学性能等方面的存在较大差异，导致其焊缝接头质量较差、生产效率低下和成本较高等的技术质量问题，从而提供一种以银基复合金属作为过渡层金属，生产效率高，成本低和焊缝接头质量较好的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，该方法通过以下步骤实现：
（1）焊前检查焊枪、气管、氧气、乙炔气瓶上压力表是否完好且在有效期之内；
（2）采用HIAgCu40-35银基复合金属焊丝作为焊接填充材料，在铜-钢焊接母材上添加过渡层银金属；
（3）使用自制320J-7银钎剂作为焊料；
（4）焊前对待焊工件和HIAgCu40-35银基复合金属焊丝进行表面清理；
（5）焊前将320J-7银钎焊焊料置于烘箱中进行烘干处理；
（6）打开氧气和乙炔气瓶，保证氧气压力在0.15～0.65MPa范围内, 乙炔压力大于0.1MPa；
（7）焊前将待焊工件进行暂焊，铜和不锈钢的焊接接头方式采用角接焊接结构，焊接方法采用火焰钎焊，工件火焰钎焊焊接开始与结束时间间隔不超过6小时；
（8）焊前对所述步骤（7）暂焊后的工件进行校正；且保证工件焊前修配间隙在0～1.5mm范围内；
（9）焊接时，将所述步骤（8）校正后的工件放置在焊接工装上，焊接过程中采用火焰为外焰来加热，焊枪匀速移动，HIAgCu40-35银基复合金属焊丝匀速填丝，并保证320J-7银钎焊料均匀受热熔化，形成外形美观、质量良好的连续焊缝；
（10）焊接结束后，将焊后试样提交专业焊接检验工检验。
进一步，所述步骤（3）中的自制320J-7银钎焊料，该银钎焊料由氟化钾KF和硼酸H3BO3组成，其制备方法为：①将氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合，获得混合物；
②取出称重天平，检查称重天平和球磨机设备是否在校检期内，检查所述氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）合格证标签是否在有效期内；
③将所述步骤①中所获得的混合物放入到瓷坛，在瓷坛内加入石球，所述石球的直径为φ40～50mm，将瓷坛放在球磨机上进行球磨，所述球磨机球磨的时间为2～3小时，球磨的速度为100～200 r/min，待氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合均匀后，取出石球；
④将所述步骤③处理过的氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合物在烘干箱中干燥，获得混合粉末，即320J-7银钎焊料粉末；
其中，所述氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）的重量百分比为氟化钾（KF）∶硼酸（H3BO3）＝（60%～70%）∶（30%～40%）。
进一步，所述步骤（4）中，所述待焊工件为散热片和排气管，且其清理方法为：用干燥河沙对待焊排气管和散热片工件进行喷砂处理，去除零件的表面膜。
进一步，所述干燥河沙为77～15.4目，且气压≤0.5MPa。
进一步，所述步骤（4）中，所述焊前对HIAgCu40-35银基复合金属焊丝进行表面清理的方法为：用汽油或丙酮去除HIAgCu40-35银基复合金属焊丝表面油污。
进一步，所述步骤（5）中，所述烘箱温度为80～120℃，烘烤时间为30～60分钟。
进一步，所述步骤（7）中，所述待暂焊工件为散热片和排气管，将散热片暂焊在排气管表面，每个散热片间隔20～25mm间距暂焊一点。
进一步，所述步骤（8）中，所述间隙为散热片与排气管之间的装配间隙。
进一步，所述步骤（9）中，所述火焰为中性火焰或者轻微过乙炔焰。
进一步，所述散热片呈螺旋状环绕在所述排气管表面构成铜-钢角接焊工件。
在本发明中，采用氧气和乙炔燃烧火焰作为焊接热源。
本发明的有益效果是：本发明采用银基复合金属作为过渡金属，该过渡金属与铜和不锈钢钢金属都有良好的可焊性，而且过渡金属本身具有较好物理和化学性能，从而大大提高了铜-钢异种金属焊接的可靠性；采用本发明的方法，能够减少焊缝内部铜-钢异种金属原子间相互扩散，防止焊接裂纹的产生；在实际生产中，采用本发明所述方法所生产的加温器组件经长期实际使用工作要求，均符合技术条件要求，焊缝成形均匀，外观和内部质量符合产品质量要求。
附图说明
图1为加温器零件外形结构示意图；
其中：1为散热片，2为排气管，3为衬套，4为外壳，5为出气管，6为进气管。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例：
本发明提供了一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，具体焊接步骤如下：
（1）焊前检查焊枪、气管、氧气、乙炔气瓶上压力表是否完好且在有效期之内，所述氧气压力为0.15～0.65MPa之间，乙炔压力为大于0.1MPa；
（2）采用HIAgCu40-35银基复合金属焊丝作为焊接填充材料，在铜-钢焊接母材上添加过渡层银金属；
（3）使用自制320J-7银钎剂作为焊料；
（4）焊前对待焊工件（即散热片1和排气管2）和HIAgCu40-35银基复合金属焊丝进行清理，具体清理方法为：
a、焊前用干燥河沙（干燥河沙为77～15.4目，且气压≤0.5MPa）对待焊排气管2和散热片1工件进行喷砂处理，去除零件的表面膜（包括表面油污、铁锈、铜锈等污染物）；
b、用汽油或丙酮去除HIAgCu40-35银基复合金属焊丝表面油污；
（5）焊前将320J-7银钎焊焊料置于80℃～120℃烘箱中烘烤30～60分钟；
（6）打开氧气和乙炔气瓶，保证氧气压力在0.15～0.65MPa范围内, 乙炔压力大于0.1MPa；
（7）将待焊工件进行暂焊，铜和不锈钢的焊接接头方式采用角接焊接结构，如图1所示，将散热片1暂焊在排气管2表面，每个散热片1间隔20～25mm间距暂焊一点；工件火焰钎焊焊接开始与结束时间间隔不超过6小时；
（8）对所述步骤（7）暂焊后的工件进行校正；校正散热片1与排气管2之间的装配间隙，保证间隙在0～1.5mm范围；
（9）焊接，将所述步骤（8）校正后的工件放置在焊接工装上，先用火焰对HIAgCu40-35银基复合金属焊丝来回加热，将加热后的HIAgCu40-35银基复合金属焊丝表面蘸满320J-7银钎焊焊料，再用火焰对焊缝处进行加热，加热后立即进行焊接，焊接过程中采用火焰为外焰（即中性火焰或轻微过乙炔焰）来加热，焊枪匀速移动，HIAgCu40-35银基复合金属焊丝匀速填丝，保证320J-7银钎焊焊料均匀受热熔化，形成外形美观、质量良好的连续焊缝；
（10）焊接结束后，将焊后试样提交专业焊接检验工检验。
优选的，所述步骤（3）中，所述使用自制320J-7银钎剂作为焊料，该银钎焊料由氟化钾KF和硼酸H3BO3组成，其制备方法为：①将氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合，获得混合物；
②取出称重天平，检查称重天平和球磨机设备是否在校检期内，检查所述氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）合格证标签是否在有效期内；
③将所述步骤①中所获得的混合物放入到瓷坛，在瓷坛内加入石球，所述石球的直径为φ40～50mm，将瓷坛放在球磨机上进行球磨，所述球磨机球磨的时间为2～3小时，球磨的速度为100～200 r/min，待氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合均匀后，取出石球；
④将所述步骤③处理过的氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合物在80℃～120℃烘干箱中干燥30～60分钟，获得混合粉末，即320J-7银钎焊料粉末；
其中，所述氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）的重量百分比为氟化钾（KF）∶硼酸（H3BO3）＝（60%～70%）∶（30%～40%）。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
此外，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：该方法是通过以下步骤实现的：
（1）焊前检查焊枪、气管、氧气、乙炔气瓶上压力表是否完好且在有效期之内；
（2）采用HIAgCu40-35银基复合金属焊丝作为焊接填充材料，在铜-钢焊接母材上添加过渡层银金属；
（3）使用自制320J-7银钎剂作为焊料；
（4）焊前对待焊工件和HIAgCu40-35银基复合金属焊丝进行表面清理；
（5）焊前将320J-7银钎焊焊料置于烘箱中进行烘干处理；
（6）打开氧气和乙炔气瓶，保证氧气压力在0.15～0.65MPa范围内, 乙炔压力大于0.1MPa；
（7）焊前将待焊工件进行暂焊，铜和不锈钢的焊接接头方式采用角接焊接结构，焊接方法采用火焰钎焊，工件火焰钎焊焊接开始与结束时间间隔不超过6小时；
（8）焊前对所述步骤（7）暂焊后的工件进行校正；且保证工件焊前修配间隙在0～1.5mm范围内；
（9）焊接时，将所述步骤（8）校正后的工件放置在焊接工装上，焊接过程中采用火焰为外焰来加热，焊枪匀速移动，HIAgCu40-35银基复合金属焊丝匀速填丝，并保证320J-7银钎焊料均匀受热熔化，形成外形美观、质量良好的连续焊缝；
（10）焊接结束后，将焊后试样提交专业焊接检验工检验。
2.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（3）中的自制320J-7银钎焊料，该银钎焊料由氟化钾KF和硼酸H3BO3组成，其制备方法为：
①将氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合，获得混合物；
②取出称重天平，检查称重天平和球磨机设备是否在校检期内，检查所述氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）合格证标签是否在有效期内；
③将所述步骤①中所获得的混合物放入到瓷坛，在瓷坛内加入石球，所述石球的直径为φ40～50mm，将瓷坛放在球磨机上进行球磨，所述球磨机球磨的时间为2～3小时，球磨的速度为100～200 r/min，待氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合均匀后，取出石球；
④将所述步骤③处理过的氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）混合物在烘干箱中干燥，获得混合粉末，即320J-7银钎焊料粉末；
其中，所述氟化钾（KF）和硼酸（H3BO3）的重量百分比为氟化钾（KF）∶硼酸（H3BO3）＝（60%～70%）∶（30%～40%）。
3.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述待焊工件为散热片和排气管，且其清理方法为：用干燥河沙对待焊排气管和散热片工件进行喷砂处理，去除零件的表面膜。
4.根据权利要求3所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述干燥河沙为77～15.4目，且气压≤0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述焊前对HIAgCu40-35银基复合金属焊丝进行表面清理的方法为：用汽油或丙酮去除HIAgCu40-35银基复合金属焊丝表面油污。
6.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（5）中，所述烘箱温度为80～120℃，烘烤时间为30～60分钟。
7.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（7）中，所述待暂焊工件为散热片和排气管，将散热片暂焊在排气管表面，每个散热片间隔20～25mm间距暂焊一点。
8.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（8）中，所述间隙为散热片与排气管之间的装配间隙。
9.根据权利要求1所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤（9）中，所述火焰为中性火焰或者轻微过乙炔焰。
10.根据权利要求3、7和8任一项所述的铜-钢异种金属火焰钎焊焊接方法，其特征在于：所述散热片呈螺旋状环绕在所述排气管表面构成铜-钢角接焊工件。
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