CN114131241A - 一种隧道炉用青铜焊料及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隧道炉用青铜焊料，其原料按重量百分比包括：Sn11.0‑13.0％，Ce0.05‑0.1％，Ga0.5‑0.6％，Ni0.15‑0.35％，Nb0.1‑0.2％，P0.02‑0.2％，纳米CeO20.1‑0.2％，余量为Cu。本发明还提出了上述隧道炉用青铜焊料在铜材之间焊接、不锈钢之间焊接、铜材和不锈钢之间焊接中的应用。本发明还提出了一种焊接方法，包括如下步骤：将焊料放置在待焊接材料的接口间隙处，放置于隧道炉中，进行焊接，然后退火，随炉温冷却至室温，出炉即可，其中，焊料为上述隧道炉用青铜焊料。本发明降低了焊接温度，且改善了焊料对不锈钢的熔融腐蚀。

Description

一种隧道炉用青铜焊料及焊接方法
技术领域
本发明涉及焊料技术领域，尤其涉及一种隧道炉用青铜焊料及焊接方法。
背景技术
锡磷青铜作为一种人类应用最早的合金，至今已有约4000年的使用历史，具有耐蚀、耐磨以及较好的力学性能和工艺性能，并能很好地焊接和钎焊。而在钎焊领域中GB/T2059-2017中的QSn8-0.3牌号材料目前在气体保护焊丝领域应用非常广泛。随着工业技术朝着环保节能方向发展，为降低气体保护焊对焊工身体健康和生态环境的影响，需要更加节能环保的焊接材料与焊接方法。
目前在制冷领域中的制冷系统管组件一般由直径较大的主管和直径较小的支管焊接而成，而传统制冷系统管路件全部采用铜管制成，以磷铜或银基钎料进行焊接。随着铜原材料及银基钎料价格的纷纷上涨，使得管组件成本提高，市场出现了使用不锈钢质主管和铜质支管焊接成的管组件，通过不锈钢材料代替铜质材料，若继续使用银基焊料，则成本降低并不明显，且传统锡磷青铜焊接温度高达1050℃，已接近纯铜熔点，会导致壁厚较薄铜件在高温产生软化变形，且焊接能耗高。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种隧道炉用青铜焊料及焊接方法，本发明降低了焊接温度，且改善了焊料对不锈钢的熔融腐蚀。
本发明提出了一种隧道炉用青铜焊料，其原料按重量百分比包括：Sn11.0-13.0％，Ce 0.05-0.1％，Ga 0.5-0.6％，Ni 0.15-0.35％，Nb 0.1-0.2％，P 0.02-0.2％，纳米CeO20.1-0.2％，余量为Cu。
优选地，其原料按重量百分比包括：Sn 12.0％，Ce 0.07％，Ga 0.55％，Ni0.25％，Nb 0.15％，P 0.1％，纳米CeO20.15％，余量为Cu。
上述隧道炉用青铜焊料可以制成焊丝、焊片、粉末等形式。
本发明还提出了上述隧道炉用青铜焊料在铜材之间焊接、不锈钢之间焊接、铜材和不锈钢之间焊接中的应用。
所述铜材可以为紫铜，紫铜中Cu含量＞99.5％。
本发明还提出了一种焊接方法，包括如下步骤：将焊料放置在待焊接材料的接口间隙处，放置于隧道炉中，进行焊接，然后退火，随炉温冷却至室温，出炉即可，其中，焊料为上述隧道炉用青铜焊料。
优选地，焊接温度为1000-1020℃，焊接时间为5-30min。
优选地，以8-10℃/min的速度降温至400-650℃，保温退火1-5h。
优选地，在真空或惰性气体氛围中进行退火处理。
上述隧道炉可以为氢气气氛隧道炉等。
有益效果：
本发明通过大幅提高Sn的含量，并加入适量的Ga相互配合降低焊料的熔点，降低焊接温度，降低能耗和对铜管的影响；但是过量的Sn会导致偏析，产生脆性相，通过加入适量的Ce，改善Sn导致的偏析，但是CeSn3相的氧化会导致锡须的产生，降低焊缝的可靠性，通过调节Ga的含量，可以抑制锡须的生长，Ce与Ga以适宜含量相互配合，可以细化焊料组织，提高焊缝的力学性能和可靠性；选用适量的纳米CeO2和Ga相互配合，可以提高焊料在铜、不锈钢表面的润湿性，且适量的稀土Ce和纳米CeO2相互配合可以细化焊料合金的显微组织，细化晶粒提高焊缝的力学性能；并且选用适量的Ni和Nb相互配合，降低焊料对不锈钢中Fe的熔腐；另外结合适宜的焊接工艺，使得焊缝具有良好的力学性能；本发明通过各元素相互配合使得焊料的熔化区间降低至820-980℃，焊接温度降低至1000-1020℃；并结合适宜的焊接工艺，使得焊缝的力学性能良好。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1-3和对比例1-9中的青铜焊料的配方如表1所示。
表1各组青铜焊料的配方
Figure BDA0003393111750000031
按照表1中的配方制备焊丝，具体方法为：先将金属铜放入中频感应控制的熔炼炉进行熔炼，待金属铜完全熔化后降低中频功率，依次加入其他原料并进行充分搅拌，将熔炼温度控制在1100-1150℃；
除去金属液表面浮渣，以高纯石墨为覆盖剂撒在金属液面上，然后进行连铸得到直径φ6-6.5mm的线坯，自动成圈收线，连铸引线速率控制在6-15mm/s；
用连续辊轧机将直径φ6-6.5mm的线坯轧制成直径φ2.8-3.5mm的线材；再经带有退火功能的中型拉丝机，在真空或者惰性气体氛围保护下(保护线材的光亮外观)，将直径φ2.8-3.5mm的线材减径成直径φ0.4-1.8mm的线材(此线材可以作为焊丝直接使用，还可以进行切条制环生产各种形式焊料产品)。
实施例4
实施例1-3和对比例1-9按照如下方法进行铜管和不锈钢管的焊接，具体步骤包括：分别对铜管和不锈钢管进行清洗处理，然后烘干得到表面光洁的铜管和不锈钢管；将铜管和不锈钢管进行装配，并进行固定定位使得铜材和不锈钢的接口间隙为0.08mm，然后将各青铜焊料填充在间隙中记为中间产品；
将氢气气氛隧道炉按照8-10℃/min的速度升温至400-450℃，保温5-6min，然后以9-10℃/min的速度升温至985-995℃，保温20-30min，最后以2-4℃/min的速度升温至1000-1020℃，然后放入中间产品，保温焊接20min，然后以8-10℃/min的速度降温至400-650℃，保温退火3h，随炉温冷却至室温，出炉即可。
对比例10
使用对比例9进行铜管和不锈钢管焊接，其焊接温度为1050℃，保温20min，其他与实施例4的焊接方法相同。
对实施例4和对比例10中的各组焊缝进行检测，结果如表2所示。
采用万能试验机检测焊缝的剪切强度和抗拉强度。
表2检测结果
Figure BDA0003393111750000041
Figure BDA0003393111750000051
由表2可以看出，比较实施例3和对比例1-5，当提高Sn含量时，Ce、Ga和纳米CeO2以适宜比例配合，可以提高焊缝的机械性能；比较实施例3和对比例6，通过添加适量的Ni和Nb，能改善焊料对不锈钢的熔融腐蚀；比较实施例3和对比例7-8，过量或过少的Ce、Ga和纳米CeO2对焊缝的力学性能改善较少；比较实施例1-3和对比例9-10，本发明将焊接温度降低至1000-1020℃，且具有较好的焊接效果，并且改善了焊料对不锈钢的熔腐。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隧道炉用青铜焊料，其特征在于，其原料按重量百分比包括：Sn11.0-13.0％，Ce0.05-0.1％，Ga 0.5-0.6％，Ni 0.15-0.35％，Nb 0.1-0.2％，P0.02-0.2％，纳米CeO20.1-0.2％，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述隧道炉用青铜焊料，其特征在于，其原料按重量百分比包括：Sn12.0％，Ce 0.07％，Ga 0.55％，Ni 0.25％，Nb 0.15％，P 0.1％，纳米CeO20.15％，余量为Cu。
3.一种如权利要求1或2所述隧道炉用青铜焊料在铜材之间焊接、不锈钢之间焊接、铜材和不锈钢之间焊接中的应用。
4.一种焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：将焊料放置在待焊接材料的接口间隙处，放置于隧道炉中，进行焊接，然后退火，随炉温冷却至室温，出炉即可，其中，焊料为权利要求1或2所述隧道炉用青铜焊料。
5.根据权利要求4所述焊接方法，其特征在于，焊接温度为1000-1020℃，焊接时间为5-30min。
6.根据权利要求4或5所述焊接方法，其特征在于，以8-10℃/min的速度降温至400-650℃，保温退火1-5h。
7.根据权利要求4-6任一项所述焊接方法，其特征在于，在真空或惰性气体氛围中进行退火处理。
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