CN115488543A - 一种药芯焊环及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊环技术领域，具体涉及一种药芯焊环及其制备方法。该药芯焊环包括环体，所述环体包括环状钎料皮和填充在所述环状钎料皮内的药芯焊剂，所述钎料皮沿环体的成环方向上开设有多个焊剂导流孔，以在钎焊时供所述药芯焊剂流出。本发明的药芯焊环，通过在环状钎料皮的环向上开设多个焊剂导流孔，在钎焊时引导焊剂沿待焊基体的环向均匀铺展，避免现有药芯焊环焊剂主要从焊环端部开口处跑出，使焊剂在整个环向方向上起到去膜和保护作用，提高焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊环技术领域，具体涉及一种药芯焊环及其制备方法。
背景技术
药芯焊环由于自带焊剂，可以实现焊剂的自动、协同添加，能够很好地适应自动化焊接技术的发展需要。因此，在空调、冰箱等制冷行业具有良好的应用前景。现有技术中，通常是先用焊料外皮包裹一定比例的焊剂卷制拉丝制成药芯焊丝，再将药芯焊丝卷制成药芯焊环。药芯焊丝通常是以对接缝、搭接缝或无缝的结构进行卷制的，所得药芯焊环也呈对接缝、搭接缝或无缝结构。
对接缝药芯焊环在卷制的过程中焊剂非常容易从对接的缝隙跑出而出现漏粉情况，这不仅造成了药芯焊环内焊剂的量减少，影响焊接性能，而且造成了焊剂的浪费，并对环境和加工工人都造成了一定程度的危害。搭接缝以及无缝的药芯焊环在卷制过程中漏粉的现象虽然有所减轻，但是在使用过程中，焊剂受热后会分解产生气体，在气体的推动下焊剂将主要从阻力较小的端口处跑出(如图1所示，图中：100为焊环；200为开口端；300为焊剂)，从而造成待焊基体的环向上没有或者很少焊剂铺展，基体环向上的氧化膜不能被有效去除。
公告号为CN208262115U的中国实用新型专利提及一种药芯扁环以及一种药芯带芯钎焊环，药芯扁环具有对接缝隙，该对接缝隙是不完全密封但能够保证其内的钎剂在不加热时不会泄露的细缝，在加热钎焊时，其希望钎剂熔化分解后从该对接缝隙流出，然后促使钎料在母材上良好铺展。
由以上药芯焊环的成形工艺可以看出，药芯焊环必然存在以上端部开口(即开口端200)，而焊剂粉的粒度一般在60目-300目之间，即48μm～246μm，如果焊剂粉的粒径尺寸太大，将容易导致成分不均匀，进而影响使用性能，同时还容易导致断粉，不能很好地填充在钎料皮中，这就要求以上对接缝隙最大不能超过246μm，而这个尺寸与焊环端部的开口尺寸(一般在1mm以上)相差较大，所以即使有对接缝隙的存在，焊剂受热后绝大部分也会从端部开口流出，最终的焊剂铺展润湿结果仍然是端部开口处大量铺展润湿，而其他部位润湿严重不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种药芯焊环，避免使用过程中焊剂主要从焊环端口处跑出，促进钎剂在待焊基体的环向上均匀铺展。
本发明的第二个目的是提供上述药芯焊环的制备方法。
为实现以上目的，本发明的药芯焊环的技术方案是：
一种药芯焊环，包括环体，所述环体包括环状钎料皮和填充在所述环状钎料皮内的药芯焊剂，所述钎料皮沿环体的成环方向上开设有多个焊剂导流孔，以在钎焊时供所述药芯焊剂流出。
本发明的药芯焊环，通过在环状钎料皮的环向上开设多个焊剂导流孔，在钎焊时引导焊剂沿待焊基体的环向均匀铺展，避免现有药芯焊环焊剂主要从焊环端部开口处跑出，使焊剂在整个环向方向上起到去膜和保护作用，提高焊接质量。
优选地，所述钎料皮包括内侧壁、外侧壁和上端面、下端面，所述焊剂导流孔设置在所述钎料皮的内侧壁、上端面、下端面中的至少一个上。药芯焊环的截面形状不受限制，典型形状可以为圆形、矩形等。将焊剂导流孔设置在药芯焊环的内侧壁，有利于引导焊剂向待焊的缝隙流动，保证焊剂的流铺效果，提升焊接质量。将焊剂导流孔设置在焊环的上下端面，便于焊剂导流孔的加工，降低加工难度，提高加工效率。
优选地，所述焊剂导流孔的直径为d，钎料皮截面的内径为D，d满足：0.3D≤d≤0.7D；焊剂导流孔的孔边距为d边，d边满足：4d≤d边≤6d。该处钎料皮截面为圆形时，其内径D为圆的直径，当为矩形等形状时，内径D为等效内径，即等效于面积相同的圆的直径。该焊剂导流孔的尺寸设置可以起到防止焊接过程中焊环发生窜动的作用。焊接时，钎剂受热分解，产生的气体将主要从端口部位跑出，其气压较大，在不平衡气压的推动作用下焊环将向上移动。通过开设导流孔后，一方面泄压口增多，可以减小气压，另一方面可以焊剂导流孔沿周向的均匀分布，可以使气压沿周向均匀分散，所以可以防止焊环发生窜动，保证焊接质量。
优选地，所述药芯焊环还包括进入所述焊剂导流孔中并对所述焊剂导流孔进行封堵的塞块，所述塞块在钎焊时先于药芯焊剂熔化并让开焊剂导流孔。利用塞块对焊剂导流孔封堵，可以避免药芯焊剂受潮，并防止药芯焊环在运输时漏料。塞块可选择松香基助焊剂。
优选地，所述药芯焊环还包括封堵层，所述封堵层包括覆盖在钎料皮表面上的封膜和进入所述焊剂导流孔中的塞块，塞块与封膜一体成型；所述封堵层在钎焊时先于药芯焊剂熔化并让开焊剂导流孔。利用熔化温度低于药芯焊剂分解温度的封堵层将焊剂导流孔封堵，可以避免在运输过程中药芯焊剂由焊剂导流孔中跑出，同时可以避免药芯焊剂受潮。在药芯焊环使用过程中，受热后封堵层率先熔化，将焊剂导流孔释放开，从而便于药芯焊剂受热分解后流出。
优选地，所述封堵层为松香基助焊剂。一方面，松香的熔化温度低，在药芯焊环使用过程中受热后的松香能够很快熔化，迅速为药芯焊剂让出流动通道；另一方面，松香可以作为助焊剂清除待焊基材上的氧化物。
优选地，所述封堵层为金属封堵层，所述金属封堵层外还包覆有保护层，保护层在钎焊时先于金属封堵层熔化，所述金属封堵层在钎焊时与钎料皮形成合金焊料；所述钎料皮为银基钎料，金属封堵层所用金属为Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb中的一种或任意组合，所述保护层为松香基助焊剂。在该种情形下，物料的熔化顺序为保护层、金属封堵层、药芯焊剂、钎料皮，其中保护层可以视作与金属封堵层相匹配的焊剂，药芯焊剂可视作与钎料皮相匹配的焊剂。将这些低熔点金属制成封堵层，封堵层与钎料皮可以形成高锡等低熔速流焊料，改善润湿性能并形成扩散合金化钎料。采用这种双钎料-钎剂匹配体系，可以获得更优的钎焊效果。
进一步的，将封堵层的材质设置为低熔点金属，一方面可以在其熔化后为药芯焊剂让出流动通道；另一方面，低熔点金属封堵层还可以起到调控环状钎料皮成分的作用，以便减少或避免环状钎料皮中添加过多的低熔点金属元素，进而防止低熔点金属元素与其它合金元素形成脆性化合物，提高钎料皮的加工性能。金属层外还包覆有松香基助焊剂保护层，松香基助焊剂保护层可以保护金属膜中低熔点的金属元素，防止低熔点金属元素氧化。
优选地，所述药芯焊环具有对接口和处于对接口处的对接端，每个对接端具有开口和朝向开口逐渐缩小的收口结构；所述开口的直径大于所述焊剂导流孔的半径，小于所述焊剂导流孔的直径。端部开口设定为收口结构，可以防止焊剂过量地从端口流出，从而使药芯焊剂沿焊环环向均匀流出。开口尺寸按照上述方式设计，既可以保证药芯钎料环对接端有适量的钎剂流出，保证对接端钎料的润湿填缝性，同时也可以提高对接端的阻力，防止钎剂大量从对接端流出，进一步促进钎剂均匀地从导流孔流出。
进一步优选地，所述银基材料为为银铜锌系钎料、银铜锡系钎料、银铜锌锡系钎料、银铜锌镉系、银铜锌镍系钎料。
优选地，所述环状钎料皮为搭接缝或无缝结构。搭接缝或无缝结构能有效减少或避免在卷制过程中出现的漏粉现象。
优选地，所述药芯焊环的横截面为矩形。一方面可以将焊剂导流孔加工在平面上，从而更便于焊剂导流孔的加工和定位，保证加工精度；另一方面可以增加焊环与待焊基体之间的接触面积，使焊环受热更均匀，焊缝填充效果更好，提高焊缝质量。
本发明的药芯焊环的制备方法的技术方案是：
一种药芯焊环的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备搭接缝或无缝药芯焊丝；
(2)将药芯焊丝卷制成焊环；
(3)在焊环上加工出多个焊剂导流孔。
本发明的药芯焊环的制备方法，在焊环加工完成后打孔，制备工艺简单，不会增加制环难度，适于工业化生产。
优选地，还包括步骤(4)：将步骤(3)所得药芯焊环浸入熔化后的松香基助焊剂中，取出药芯焊环并冷却，形成带有松香基助焊剂封堵层的药芯焊环，松香基助焊剂封堵层包括覆盖在钎料皮表面上的封膜和进入所述焊剂导流孔中的塞块。
优选地，还包括步骤(4)：将步骤(3)所得药芯焊环浸入金属熔液中，取出药芯焊环并冷却，形成金属封堵层，金属封堵层包括覆盖在钎料皮表面上的封膜和进入所述焊剂导流孔中的塞块；再在带有金属封堵层的药芯焊环表面包覆一层松香基助焊剂。
附图说明
图1是现有技术中药芯焊环的使用效果图；
图中：100-焊环；200-开口端；300-焊剂；
图2是本发明实施例1提供的药芯焊环的剖视图；
图3是本发明实施例1提供的药芯焊环的环状钎料皮的结构示意图；
图4是本发明实施例2提供的药芯焊环的环状钎料皮的结构示意图；
图5是本发明实施例3提供的药芯焊环的剖视图；
图中：1-环状钎料皮；2-药芯焊剂；3-封膜；4-塞块；5-焊剂导流孔、6-保护层。
具体实施方式
为了解决现有技术中药芯焊环在使用过程中药芯焊剂主要从端口处跑出的问题，本发明提供一种药芯焊环，包括环状钎料皮和填充在所述环状钎料皮内的药芯焊剂，环状钎料皮包括内侧壁、外侧壁和上端面、下端面围成的环体，该环体的内侧壁、上端面、下端面的其中至少一个上沿环向开设多个焊剂导流孔，多个焊剂导流孔沿环向均匀布置，以便钎焊时供所述药芯焊剂流出。
为了避免药芯焊剂从焊剂导流孔跑出，在环状钎料皮上设置封堵，可仅对焊剂导流孔进行封堵，或者进一步对钎料皮表面进行包覆改性，以进一步优化药芯焊环的使用功能。当封堵层包括覆盖在环状钎料皮表面上的封膜和进入所述焊剂导流孔中的塞块时，封堵层的材质可以为松香基助焊剂或金属，当封堵层的材质为金属时，封堵层外还包覆有材质为松香基助焊剂的保护层。
可利用以上方式对药芯焊剂的润湿能力、低熔流动能力等进行全面优化。
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例提供的药芯焊环的结构如图2所示，剖视图如图3所示。该药芯焊环包括环体，环体包括环状钎料皮1和填充在所述环状钎料皮内的药芯焊剂2，环状钎料皮包括内侧壁、外侧壁和上端面、下端面围成的环体，环状钎料皮为无缝结构。药芯焊环具有对接口和处于对接口处的对接端。所述环状钎料皮的上端面的下端面的环向上均开设有多个焊剂导流孔5，多个焊剂导流孔5沿环向均匀布置，上端面和下端面的焊剂导流孔对称设置。导流孔内设置有对焊剂导流孔进行封堵的塞块4，环状钎料皮表面上还覆盖有封膜3，封膜3与所述塞块4一体成型形成封堵层。药芯焊环的横截面呈矩形，矩形的转角处均为圆弧过渡。
焊剂导流孔为圆形孔，圆形孔的直径d为1.2mm，相邻圆形孔之间的孔边距d边为6mm，药芯焊环的等效内径D为2.5mm。
在本实施例中环状钎料皮为BAg35CuZn，在其他实施例中环状钎料皮可以为BAg35CuZn、BAg40CuZn、BAg45CuZn、BAg40CuZnSn、BAg35CuZnSn、BAg30CuZnSn、BAg25CuZnSn、BAg18CuZnSn、BAg20CuZnCd、BAg25CuZnCd、BAg40CuZnNi、BAg25CuZnNiMn中的任意一种。
本实施例中的封堵层的材质为氢化松香助焊剂。
本实施例的药芯焊环的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备横截面呈矩形的无缝药芯焊环；
(2)在药芯焊环上加工多个焊剂导流孔；
(3)先将氢化松香助焊剂加热熔化，然后将步骤(2)得到的药芯焊环浸入氢化松香助焊剂中，之后取出药芯焊环并冷却，则在焊剂导流孔处形成塞块并在环状钎料皮表面上形成封膜，塞块和封膜一体成型形成封堵层。
在以上制备方法的基础上，可通过去除封膜形式，获得仅封堵焊剂导流孔的药芯焊环。
实施例2
本实施例提供的药芯焊环的结构如图4所示，与实施例1的不同之处在于：每个对接端朝向开口为逐渐缩小的收口结构。
本实施例的药芯焊环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：在步骤(2)和步骤(3)之间对焊环端口进行收口。
实施例3
本实施例提供的药芯焊环的剖视图如图5所示，与实施例1的不同之处在于：本实施例中的封堵层的材质为金属，金属材质的封堵层外还包覆有保护层6。在本实施例中金属为Sn-In(In：10％，Sn：90％)，封堵层的质量占封堵层与钎料皮质量之和的12％，钎焊时两者形成合金焊料BAg35CuZnSnIn，该合金具有低熔速流的特点，可以提高焊料的流动性，保证润湿效果，提高焊接质量。在其他实施例中，金属可以为Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb一种或任意组合；在本实施例中保护层的材质为氢化松香助焊剂。
本实施例的药芯焊环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：在步骤(4)中先配置熔点低于药芯焊剂分解温度的金属Sn-In并加热熔化，将步骤(3)获得的药芯焊环浸入低熔点金属熔融液体中，之后取出并冷却，则在焊剂导流孔处形成塞块并在环状钎料皮上形成封膜，塞块和封膜一体成型形成金属材质的封堵层。然后将氢化松香助焊剂加热熔化，将上述有封堵层的环状钎料皮浸入氢化松香助焊剂中，在金属材质的封堵层外形成保护层。
实验例
为考察实施例提供的药芯焊环与图1中传统药芯钎料环的钎焊效果，采用实施例1的方法制备BAg35CuZn多孔药芯焊环与传统BAg35CuZn药芯钎料环分别钎焊紫铜管-黄铜管座，焊后锯开，观察焊缝的填缝情况，并估算钎缝钎着率(在刨切面上，有效填缝长度/名义填缝长度)，有效填缝长度为实际钎料的填缝长度，名义填缝长度为理论需要的填缝长度，如表1所示。
表1不同药芯焊环填缝情况
| 不同焊环 | 钎着率 | 填缝位置 |
| BAg35CuZn多孔药芯焊环 | 90％ | 沿管件圆周均匀填缝 |
| BAg35CuZn传统药芯钎料环 | 20％ | 仅药芯钎料环对接口位置 |
由表1可知，本发明实施例提供的药芯焊环由于焊剂导流孔的作用，能够使钎剂沿管件的周向流铺，进而能够使钎料沿周向均匀填缝，钎着率显著提升。另外，传统药芯钎料环在钎焊时发生明显窜动，加剧了钎剂铺展的不均匀性，导致焊接效果的稳定性下降。而实施例的药芯焊环在钎焊时无窜动的发生。
Claims (10)
1.一种药芯焊环，其特征在于，包括环体，所述环体包括环状钎料皮和填充在所述环状钎料皮内的药芯焊剂，所述钎料皮沿环体的成环方向上开设有多个焊剂导流孔，以在钎焊时供所述药芯焊剂流出。
2.如权利要求1所述的药芯焊环，其特征在于，所述钎料皮包括内侧壁、外侧壁和上端面、下端面，所述焊剂导流孔设置在所述钎料皮的内侧壁、上端面、下端面中的至少一个上。
3.如权利要求1所述的药芯焊环，其特征在于，所述焊剂导流孔的直径为d，钎料皮截面的内径为D，d满足：0.3D≤d≤0.7D；焊剂导流孔的孔边距为d边，d边满足：4d≤d边≤6d。
4.如权利要求1所述的药芯焊环，其特征在于，所述药芯焊环还包括进入所述焊剂导流孔中并对所述焊剂导流孔进行封堵的塞块，所述塞块在钎焊时先于药芯焊剂熔化并让开焊剂导流孔。
5.如权利要求1所述的药芯焊环，其特征在于，所述药芯焊环还包括封堵层，所述封堵层包括覆盖在钎料皮表面上的封膜和进入所述焊剂导流孔中的塞块，塞块与封膜一体成型；所述封堵层在钎焊时先于药芯焊剂熔化并让开焊剂导流孔。
6.如权利要求5所述的药芯焊环，其特征在于，所述封堵层为松香基助焊剂。
7.如权利要求5所述的药芯焊环，其特征在于，所述封堵层为金属封堵层，所述金属封堵层外还包覆有保护层，保护层在钎焊时先于金属封堵层熔化，所述金属封堵层在钎焊时与钎料皮形成合金焊料；所述钎料皮为银基钎料，金属封堵层所用金属为Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb中的一种或任意组合，所述保护层为松香基助焊剂。
8.如权利要求1～7中任一项所述的药芯焊环，其特征在于，所述药芯焊环具有对接口和处于对接口处的对接端，每个对接端具有开口和朝向开口逐渐缩小的收口结构；所述开口的直径大于所述焊剂导流孔的半径，小于所述焊剂导流孔的直径。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的药芯焊环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备搭接缝或无缝药芯焊丝；
(2)将药芯焊丝卷制成焊环；
(3)在焊环上加工出多个焊剂导流孔。
10.如权利要求9所述的药芯焊环的制备方法，其特征在于，还包括步骤(4)：将步骤(3)所得药芯焊环浸入金属熔液中，取出药芯焊环并冷却，形成金属封堵层，金属封堵层包括覆盖在钎料皮表面上的封膜和进入所述焊剂导流孔中的塞块；再在带有金属封堵层的药芯焊环表面包覆一层松香基助焊剂。
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