CN113814605A - 焊剂芯线材、使用其的焊接方法以及用于制造其的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于焊接方法的焊剂芯线材(10),其具有:管状线材护套(11);由焊剂粉末构成的线材芯(12),其由管状线材护套(11)来包围,其中,线材护套(11)和线材芯(12)具有这样的成分使得在焊接期间出现由CuSn12Ni2构成的熔化物。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于焊接方法的焊剂芯线材(flux core wire,有时也称为药芯线材)。本发明此外涉及一种使用焊剂芯线材的焊接方法和一种用于制造焊剂芯线材的方法。
背景技术
在由实践已知的焊接方法中使用焊接线材,其可体现为所谓的实心线材或所谓的焊剂芯线材。相应地,例如由文件DE 10 2006 048 028 B3已知一种用于焊接方法的焊剂芯线材和一种用于制造焊剂芯线材的方法和装置。
至今,经由焊接方法来修复或构建由CuSn12Ni2构成的功能层或者修复或构建由CuSn12Ni2构成的现有固体材料部件或机器元件是困难的。对此原因是目前没有已知合适的焊接线材。
发明内容
以此为出发点,本发明基于如下目的,即,创造一种新型的用于焊接方法的焊剂芯线材、一种使用焊剂芯线材的焊接方法和一种用于制造焊剂芯线材的方法。
该目的通过根据权利要求1的焊剂芯线材来解决。焊剂芯线材具有管状线材护套和由焊剂粉末构成的线材芯(其由管状线材护套来包围),其中,线材护套和线材芯具有这样的成分使得在焊接期间出现由CuSn12Ni2构成的熔化物。
利用本发明在此提出一种用于焊接方法的焊剂芯线材,其中,线材护套和线材芯具有这样的成分使得在焊接期间出现由CuSn12Ni2合金构成的熔化物。经由此,可借助于焊接方法既修复且还构建由CuSn12Ni2合金构成的功能层,即在所有已知的基础材料上、尤其在基础材料或C10、C15、16MnCr5、42CrMo4、S355、GJL-300、GJS-400等上。
根据本发明的另一改进方案,管状线材护套具有以下成分:至少95%质量百分比的含量的Cu,其余S和/或Fe和/或Si和/或Pb和/或Zn和/或Sb和/或Al和/或O和/或Mn和/或Ag和/或Bi作为微量元素。
线材芯和因此焊剂粉末优选地具有以下成分:50至80%质量百分比的含量的Cu、19.99至40%质量百分比的含量的N、0.01至10%质量百分比的含量的Ni。
带有上面所限定的成分的护套线材和线材芯是特别优选的,以便在焊接期间提供由CuSn12Ni2构成的熔化物并且因此修复或构建由CuSn12Ni2或CuSn12Ni2合金构成的功能层或者修复或构建作为机器元件的固体材料部件。
根据本发明的另一改进方案,管状线材护套具有0.8至2mm的外径和0.05至0.7mm的厚度。线材芯的焊剂粉末优选地具有高达250µm、优选地在0.01与250µm之间的晶粒尺寸(grain size)。这样的焊剂芯线材特别适合于焊接并且因此是优选的。
优选地,在焊剂芯线材中线材护套的含量是60±20%质量百分比并且/或者在焊剂芯线材中线材芯的含量是40±20%质量百分比。线材护套与线材芯的这些比在焊接期间是特别优选的。
使用焊剂芯线材的焊接方法在权利要求11中限定并且用于制造焊剂芯线材的方法在权利要求12中限定。
附图说明
本发明的优选的另外的改进方案从从属权利要求和接下来的说明中得到。在不限制于附图的情况下根据附图来详细阐述本发明的示例性的实施例。其中:
图1示出了穿过根据本发明的焊剂芯线材的横截面。
具体实施方式
本发明涉及借助于焊接方法来修复或构建功能层或者修复或构建由CuSn12Ni2合金构成的作为机器元件的固体材料部件,即涉及一种用于这样的焊接方法的焊剂芯线材、一种使用焊剂芯线材的焊接方法和一种用于制造焊剂芯线材的方法。
图1示意性地示出了穿过用于焊接方法的焊剂芯线材10的横截面,其中,焊剂芯线材10包括管状线材护套11和由焊剂粉末构成的线材芯12。
由焊剂粉末构成的线材芯12由管状线材护套11来包围。
焊剂芯线材10的线材护套11和线材芯12具有这样的成分使得在焊接期间实现由CuSn12Ni2或CuSn12Ni2合金构成的熔化物。
经由此,有利地可修复或构建由CuSn12Ni2合金构成的功能层,即在所有可能的基础材料上。
管状线材护套11优选地具有以下成分:
至少95%质量百分比的含量的Cu,
其余S和/或Fe和/或Si和/或Pb和/或Zn和/或Sb和/或Al和/或O和/或Mn和/或Ag和/或Bi作为微量元素。
优选地,在管状线材护套11中Cu的含量为至少96%质量百分比、优选地至少97%质量百分比、特别优选地至少99%质量百分比或甚至至少99.8%质量百分比。
在线材护套11中相应的微量元素(其代表合金元素)的含量在各个情况中为最大2%质量百分比、优选地在各个情况中最大1%质量百分比、优选地在各个情况中最大0.5%质量百分比、特别优选地在各个情况中最大0.1%质量百分比。
Cu与该或各个微量元素的和显然总共为线材护套11的100%质量百分比。因此,当线材护套11包括97%质量百分比的Cu时,所有微量元素的和为3%质量百分比。当线材护套11包括99%质量百分比的Cu时,所有微量元素的和为1%质量百分比。当线材护套11包括99.8%质量百分比的Cu时,所有微量元素的总数为0.2%质量百分比。质量百分比也被称为重量百分比。
管状线材护套11具有0.8mm至2mm的外径和0.05mm至0.7mm的厚度。
优选地,管状线材护套11具有1.2mm至1.6mm的外径和0.1mm至0.4mm的厚度。
线材护套11的厚度和外径优选地选择成使得在焊剂芯线材10中线材护套11的含量为60±20%质量百分比。相应地,在焊剂芯线材10中线材芯12的含量为40±20%质量百分比。
由焊剂粉末构成的焊剂芯线材10的线材芯12和因此焊剂粉末具有以下成分:
50%质量百分比至80%质量百分比的含量的Cu,
19.99%质量百分比至40%质量百分比的含量的Sn,
0.01%质量百分比至10%质量百分比的含量的Ni。
优选地,焊剂粉末具有以下成分:
60%质量百分比至73%质量百分比的含量的Cu,
25%质量百分比至32%质量百分比的含量的Sn,
2%质量百分比至8%质量百分比的含量的Ni。
除了Cu、Sn和Ni之外,线材芯12的焊剂粉末还可包含S和/或Fe和/或Si和/或Pb和/或Zn和/或Sb和/或Al和/或O和/或Ag和/或Bi作为微量元素或合金元素。
在线材芯12的焊剂粉末中每种微量元素的含量在各个情况中为最大2%质量百分比、优选地在各个情况中最大1%质量百分比、优选地最大0.5%质量百分比、特别优选地最大0.1%质量百分比。
在线材芯12的焊剂粉末中,Cu、Sn、Ni的总数为100%质量百分比,而可能存在的任何微量元素的质量含量可理解为对Cu、Sn和Ni的追加(super addition)。
优选地,在焊剂粉末中作为对Cu、Sn和Ni的追加的所有存在的微量元素的总数为最大5%质量百分比、优选地最大3%质量百分比、特别优选地最大2%质量百分比或甚至最大1%质量百分比。
线材芯12的焊剂粉末优选地理想地是球状焊剂粉末,其在熔化期间不形成任何块。焊剂粉末的粉末颗粒是固体的并且优选地不具有任何空腔。
线材芯12的焊剂粉末的晶粒尺寸高达250µm,其中,线材芯12的焊剂粉末可包括带有在0.01µm与250µm之间的不同的晶粒尺寸的粉末晶粒。在该晶粒尺寸范围中,焊剂粉末可具有晶粒尺寸分布。
焊剂芯线材10的线材芯12的焊剂粉末优选地是由上述元素构成的主合金,其例如通过气体雾化来制造。
焊剂芯线材10优选地缠绕在线圈上并且可在焊接期间从线圈展开。
在一具体的示例性的实施例中,以下适用于焊剂芯线材10:
线材护套的外径 1.2或1.6mm
线材护套的厚度 0.1或0.3mm
线材护套的Cu含量 99.8%质量百分比。
其余总共0.2%质量百分比的线材护套的微量元素
焊剂粉末的Cu含量 65%质量百分比
焊剂粉末的Sn含量 30%质量百分比
焊剂粉末的Ni含量 5%质量百分比。
作为追加,总共最大2.5%质量百分比的焊剂粉末的微量元素。
在焊剂芯线材的具体的示例性的实施例中,线材芯12的焊剂粉末具有在0.01与250µm之间的晶粒尺寸。
晶粒尺寸分布优选地如下:
10%的带有在0.01与44.99µm之间的晶粒尺寸的粉末颗粒
85%的带有在45与200µm之间的晶粒尺寸的粉末颗粒
5%的带有在200.01与250µm之间的晶粒尺寸的粉末颗粒。
本发明此外涉及一种使用上述焊剂芯线材的焊接方法,即用于修复或用于构建由CuSn12Ni2合金构成的功能层或者用于修复或构建由CuSn12Ni2合金构成的作为机器元件的固体材料部件。
功能层能够以带有优选地在0.05mm与15mm之间的厚度的单个层或多个层来构建。
所采用的可能的焊接方法是MIG焊接方法或MAG焊接方法。
尤其地,待构建或修复的功能层是摩擦学上的功能层,例如来自驱动技术的领域(如风能(离岸/在岸)、能源行业、汽车行业、传输技术或来自密封技术的领域的机器元件等)的滑动轴承的滑动轴承层。此外,可以是如下机器部件作为来自上述应用领域的固体材料机器元件,其完全由所提到的材料来构建或修复。
此外,本发明涉及一种用于制造上述焊剂芯线材10的方法。在此,首先提供用于线材护套11的金属板,其具有上述成分。金属板的厚度优选地为0.05mm与0.7mm之间。从金属板切割用于线材护套11的毛坯(blank)。此外,提供用于线材芯12的焊剂粉末,其尤其是带有限定的晶粒尺寸分布的焊剂粉末,其中,粉末颗粒具有上述成分并且优选地由例如通过气体雾化制造的主合金构成。
在切下用于线材护套11的毛坯之后,使用于线材护套11的毛坯成型成线材护套11,其中,以焊剂粉末来填充线材护套11的空腔,即在用于线材护套11的毛坯成型期间和/或之后。在该过程中,线材芯12由焊剂粉末来成型。在使毛坯成型成线材护套11之后,可经由折缝或焊缝将金属板的邻接棱边接合以用于使线材护套11成型。线材芯12的焊剂粉末经由摩擦接合保持在线材护套11中。
附图标记列表
10 焊剂芯线材
11 线材护套
12 线材芯。
Claims (12)
1.一种用于焊接方法的焊剂芯线材(10),
具有管状线材护套(11),
具有由焊剂粉末构成的线材芯(12),其由所述管状线材护套(11)来包围,
其中,所述线材护套(11)和所述线材芯(12)具有这样的成分使得在焊接期间出现由CuSn12Ni2构成的熔化物。
2.根据权利要求1所述的焊剂芯线材(10),其中,
所述线材护套(11)具有以下成分:
至少95%质量百分比的含量的Cu,
其余S和/或Fe和/或Si和/或Pb和/或Zn和/或Sb和/或Al和/或O和/或Mn和/或Ag和/或Bi作为微量元素。
3.根据权利要求2所述的焊剂芯线材(10),其中,在所述线材护套(11)中相应的微量元素的含量在各个情况中为最大2%质量百分比、优选地在各个情况中最大1%质量百分比。
4.根据权利要求2或3所述的焊剂芯线材(10),其中,所述线材护套(11)包括至少96%质量百分比、优选地至少97%质量百分比、特别优选地至少99%质量百分比的含量的Cu。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的焊剂芯线材(10),其中,所述线材护套(11)具有0.8至2mm的外径和0.05至0.7mm的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的焊剂芯线材(10),其中,
所述线材芯(12)和因此所述焊剂粉末具有以下成分:
50至80%质量百分比的含量的Cu,
19.99至40%质量百分比的含量的Sn,
0.01至10%质量百分比的含量的Ni。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的焊剂芯线材(10),其中,
所述线材芯(12)和因此所述焊剂粉末具有以下成分:
60至73%质量百分比的含量的Cu,
25至32%质量百分比的含量的Sn,
2至8%质量百分比的含量的Ni。
8.根据权利要求6或7所述的焊剂芯线材(10),其中,
所述线材芯(12)的焊剂粉末包括S和/或Fe和/或Si和/或Pb和/或Zn和/或Sb和/或Al和/或O和/或Mn和/或Ag和/或Bi作为微量元素,
在所述线材芯(12)的焊剂粉末中作为追加的相应的所述微量元素的含量在各个情况中为最大2%质量百分比、优选地在各个情况中为最大1%质量百分比。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的焊剂芯线材(10),其中,所述线材芯(12)的焊剂粉末具有高达250µm的晶粒尺寸。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的焊剂芯线材(10),其中,
在所述焊剂芯线材(10)中所述线材护套(11)的含量为60±20%质量百分比,
在所述焊剂芯线材(10)中所述线材芯(12)的含量为40±20%质量百分比。
11.一种焊接方法,其使用根据权利要求1至10中任一项所述的焊剂芯线材(10),其中,所述焊接方法是用于修复或用于构建功能层或者用于构建由CuSn12Ni2合金构成的作为机器元件的固体材料部件的MIG焊接方法或MAG焊接方法。
12.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的焊剂芯线材(10)的方法,其带有以下步骤:
提供用于所述线材护套(11)的金属板,
切下用于所述线材护套(11)的毛坯,
提供用于所述线材芯(12)的所述焊剂粉末,
使用于所述线材护套的毛坯成型成所述线材护套(11),并且
在用于所述线材护套的毛坯成型成所述线材护套期间和/或之后以所述焊剂粉末填充所述线材护套(11)的空腔来使所述线材芯(12)成型。
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