TW201602003A - 焊接劑以及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一焊劑，該焊劑包含CaF2、MgF2以及Li3AlF6，並且該焊劑額外地含有至少一種選自由SrF2和BaF2組成的組之氟化物。該焊劑或一包含該焊劑和某些添加劑(例如，一液態載體/或粘合劑)之焊劑組合物尤其適合於一用於焊接鋁或鋁合金部件之方法，尤其是使用燃料/氧氣火焰來提供熱。較佳的燃料是乙炔。

Description

焊接劑以及焊接方法
本申請要求在2014年3月18日提交的歐洲申請案號14160610.3之優先權，出於所有的目的將該申請案之全部內容藉由引用結合在此。
本發明涉及一用於焊接鋁或鋁合金部件的焊劑以及一焊接方法。
鋁部件或鋁合金部件(例如，含鎂的鋁合金)被，例如，用於構造機械(如車輛)。為了連接該等部件，將該等部件組裝。可以施用一助熔劑並且較佳的是將待連接的部件局部加熱以將該鋁或鋁合金的一部分熔化來獲得一穩定的連接點。熱可以，例如，藉由用雷射輻射、藉由施加電能(例如，呈光弧的形式)或藉由使用氧氣乙炔火焰以提供熱來施加。後者方法可以藉由一提供焊料金屬(通常是鋁)之線材來支持。
一適合用於氧乙炔焊接鋁之焊劑係已知的，該焊劑包含CaF2、MgF2、BaF2以及LiF。LiF被認為是有害的。
本發明的目的係提供一具有低於已知焊劑的LiF含量之焊劑，並且較佳的是，提供一適合用於將鋁或鋁合金焊接到鋁或鋁合金上的基本不含LiF之焊劑。本發明的另一個目的係提供一用於將鋁或鋁合金焊接到鋁或鋁合金上之方法，尤其用於使用氧氣乙炔火焰施用。該等 目的以及其他目的係藉由如下概述的焊劑以及方法提供的。
本發明的一第一方面涉及一適合用於將鋁或鋁合金焊接到鋁或鋁合金上之焊劑。
本發明之焊劑包含CaF2、MgF2以及Li3AlF6，並且它進一步包含至少一種選自由SrF2和BaF2以及可隨意地LiF組成的組之氟化物，其條件係如果包含LiF，則LiF與Li3AlF6之間的重量比係在從1：1至1：99的範圍內，如果包含LiF，則LiF與Li3AlF6之間的重量比較佳的是在1：3與1：99之間的範圍內，並且最佳的是在1：9與1：99之間的範圍內。
雖然該焊劑可以含有SrF2和BaF2二者，較佳的是它只含有BaF2。
該焊劑尤其適合用於使用氧氣或空氣與可燃性氣體的一混合物(尤其氧氣乙炔(又被稱為氧乙炔)火焰)來提供熱並且使用一線材來提供焊料金屬(尤其使用鋁線)將鋁部件或鋁合金部件自熔焊接到鋁部件或鋁合金部件上。但是該焊劑還可被用於雷射焊接或電弧焊接(arc welding)所述部件。
術語“包含”和“含有”包括“由......組成”的含義。
較佳的是，該焊劑基本上不含LiF。術語“基本上不含”較佳的是表示LiF的含量，該LiF的含量係等於或低於按重量計0.5%、並且更佳的是等於或低於按重量計0.2%。尤其佳的是，LiF的含量係等於或低於按重量計0.1%，包括按重量計0。涉及CaF2、MgF2、Li3AlF6、LiF以及SrF2的含量之任何百分比與該乾燥的焊劑之總重量有關。
在一個實施方式中，該焊劑包含CaF2、MgF2、Li3AlF6以及SrF2。在此實施方式中，該焊劑不含BaF2。在銅焊過程中SrF2提供了一紅光，對於某些使用者，該紅光可能不是令人接受的。
在另一個實施方式中，該焊劑包含CaF2、MgF2、Li3AlF6以及BaF2。
較佳的是，該焊劑中CaF2的含量係在按重量計從5%至20%的範圍內。
較佳的是，MgF2的含量係在按重量計從15%至30%的範圍內。
總體來說，該焊劑包含有效量的Li3AlF6。通常，Li3AlF6之含量係等於或大於按重量計2%、較佳的是等於或大於按重量計5%。更佳的是，它係等於或大於按重量計10%。甚至更佳的是，Li3AlF6之含量係等於或大於按重量計20%。尤其佳的是，Li3AlF6的含量係按重量計等於或大於30%。通常，Li3AlF6的含量係等於或低於按重量計65%。較佳的是，Li3AlF6的含量係等於或低於按重量計60%。在一較佳的方面，Li3AlF6之含量係在按重量計從30%至60%的範圍內。如果含有LiF，那麼LiF與Li3AlF6的和較佳的是在按重量計從30%至60%之範圍內。
較佳的是，如果不存在BaF2時的SrF2的含量，或如果不存在SrF2時的BaF2的含量，或者如果這二者都存在，則SrF2或BaF2之和的含量係在按重量計從15%至35%之範圍內。
較佳的是，存在BaF2，並且BaF2的含量係等於或低於按重量計28%。
一較佳的焊劑包含按重量計5%至20%的CaF2，按重量計15%至30%的MgF2，按重量計30%至60%的Li3AlF6以及按重量計15%至35%的BaF2。一更佳的焊劑包含按重量計5%至20%的CaF2，按重量計15%至30%的MgF2，按重量計30%至60%的Li3AlF6以及按重量計15%至28%的BaF2。較佳的是，該等較佳的焊劑的LiF含量係等於或低於按重量計0.5%，更佳的是等於或低於按重量計0.2%，並且尤其佳的是，該焊劑基本上不含LiF。在某些實施方式中，該等焊劑由所述氟化物組成。在其他實施方式中，該等焊劑由所述氟化物組成並且基本上不含LiF。
較佳的是，該焊劑係呈粉末的形式。顆粒大小係可變的。
較佳的是，該等顆粒具有這樣的直徑，使得該等顆粒之99%或更多具有等於或低於100μm，較佳的是等於或低於50μm之直徑。
該焊劑被用作金屬棒或金屬杆上的塗層，該等金屬棒或金屬杆作為填料金屬使用，並且所獲得的塗覆的電極尤其用於保護金屬電弧焊接。
較佳的是，該焊劑被用於多種方法，其中在熱的施加下將金屬部件(尤其鋁或鋁合金製造的部件)進行連接。在以下，描述了如何將該焊劑較佳的是分別施用於該等待連接的部件中的至少一個，或施用於該等部件。
可以將該焊劑原樣施用到待連接的部件上，例如，藉由氣力輸送和靜電力。
替代地，可以將該焊劑以組合物形式施用，該組合物包含在使用該焊劑的方法中提供有用特性之添加劑。
如果旨在以焊劑組合物的形式施用該焊劑，則該組合物較佳的是包含該焊劑以及至少一種液態載體和/或至少一種粘合劑。該液態載體允許濕法施用該焊劑。該粘合劑增加了濕的焊劑組合物的粘度以及乾的焊劑組合物到該等部件的附著性。
在一個實施方式中，本發明的焊劑組合物包含該焊劑以及任何添加劑(如果存在的話)，分散在一有機載體中以形成焊劑漿料。該有機載體係例如，一元醇，例如乙醇或異丙醇，或者二元醇，例如乙二醇。有機載體的缺點係可燃性，除非將該焊劑組合物在施用到該等部件上後乾燥。
因此，較佳的是，該載體係水或一水性組合物，並且更佳的是水。術語“水性組合物”表示水和與水易混合的有機液體(例如，醇或酮)之混合物。
較佳的是，該焊劑組合物係一水性漿料、基於水性載體的糊劑或包含粘合劑(尤其用於預熔化)之焊劑組合物。
本發明之焊劑以總焊劑組合物的等於或大於按重量計20%之量，較佳的是等於或大於按重量計30%之量包含在該組合物中。較佳的是，該焊劑組合物中的本發明焊劑之含量係總焊劑組合物之按重量計等於或低於70%。
根據一個實施方式，該焊劑組合物係一呈懸浮液形式之水性組合物，該懸浮液包含或由以下各項組成：一焊劑、水、以及粘合劑。這種焊劑組合物可以用在該焊劑的任何濕法施用中，並且較佳的是，它用於預熔化。在這種焊劑組合物中，本發明之焊劑較佳的是以該焊劑組合物總重量的按重量計等於或大於20%之量包含在內。較佳的是，該焊劑的含量係總焊劑組合物的按重量計等於或低於50%。該粘合劑較佳的是以總焊劑組合物的按重量計等於或大於0.1%，更佳的是按重量計1%之量包含在內。較佳的是，粘合劑之含量係總焊劑組合物的按重量計等於或低於30%，較佳的是按重量計等於或低於25%。至按重量計100%的餘量係一水性載體，該水性載體由水組成或含有水以及一如以上定義的水易混合的有機液體。較佳的是，同樣在此實施方式中，該水性載體主要由水組成。
該焊劑組合物可以包含該焊劑、水、粘合劑、增稠劑以及可隨意地有助於該銅焊過程或改進該等銅焊部件的添加劑。該增稠劑還可以為焊劑組合物提供觸變特性。如果施用一增稠劑，那麼如在EP-A 1808264中描述的蠟，如在EP-A-1 287941中描述的甲基丁基醚、明膠、果膠、丙烯酸酯、或聚氨酯係較佳的增稠劑。
較佳的是，該焊劑製品不含增稠劑。
該焊劑組合物可以包含其他添加劑，例如懸浮穩定劑、表面活性劑、尤其係非離子型表面活性劑，例如Antarox® BL 225，直鏈的C8 至C10的乙氧基化的和丙氧基化的醇之混合物。
較佳的粘合劑選自由有機聚合物組成的組。這類聚合物係用物理方式乾燥的(即，在去除該液體之後它們形成一固體塗層)，或它們係用化學方式乾燥的(例如，在化學品(例如氧)或導致分子交聯的光的影響下，它們形成一固體塗層)，或二者兼有。較佳的有機聚合物選自由以下各項組成的組：聚烯烴，例如丁基橡膠、聚氨酯、樹脂、鄰苯二甲酸酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯樹脂、環氧樹脂、硝化纖維、聚乙酸乙烯酯、以及聚乙烯醇。該粘合劑可以是水溶性的或者水不可溶性的。該粘合劑較佳的是被分散在該載體中。本焊劑組合物中的較佳的粘合劑係：聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、以及聚氨酯。
然後可以將藉由施用如下所述的焊劑或焊劑組合物獲得的一個或多個部件焊接以將它們連接到一起。這在下面描述。
本發明的另一個方面涉及一用於將鋁或鋁合金部件焊接到鋁或鋁合金部件之方法。
用於連接鋁或鋁合金部件的本發明方法，其中該等待連接的部件中的至少一個部件含有本發明之焊劑或本發明之焊劑組合物，該方法包括至少一個組裝該等待連接的部件之步驟，以及至少一個施加化學能、電能或雷射能來焊接該等部件以形成一連接的多部件總成的步驟。
該焊劑或焊劑組合物可以作為塗層存在於該部件的全部表面上或該部件的所選區域上，較佳的是接近於要將該等部件連接的區域。可以乾法施用該焊劑，例如，可以靜電方式或藉由將該乾粉倒至各自區域來將其施用。
替代地，例如，可以濕法來施用該焊劑，例如，可以將其噴灑在該等部件上、塗覆在該等部件上、或者藉由將該等部件浸入通常含有 呈漿料形式的氟化物之組合物中來施用。通常，在被以濕法施用後，將該等部件被乾燥，尤其如果該液態載體係或含有有機載體的話。
如果還未被組裝，則將該等待連接的部件組裝並且然後焊接。
術語“化學能”較佳的是表示藉由使用氧氣或空氣燃燒一可燃性氣體(或燃料氣體)(例如，氫氣、汽油、甲烷、低壓氣體(“LPG”)或天然氣)提供的能量。
較佳的是，藉由氧氣乙炔火焰的方式將能量引入到該等預組裝的部件。氧氣乙炔炬套件通常包含用於氧氣和乙炔的氣瓶、一回火防止器或止回閥(或二者兼有)、用於將氧氣和乙炔經由壓力調節器進料到一混合器的柔性管、以及一焊接炬。將離開該炬的氣體混合物點燃並且提供熱，該氣體混合物還可表示為氧乙炔氣體。
通常，提供鋁線作為焊料金屬(較佳的是穿過該炬)到該等待連接的部件。
該方法，例如，適合用於將鋁或鋁合金製造的汽車部件、溝槽、管件或片材連接。
連接該等部件的較佳的方法係自熔焊接型的。
該焊劑、該焊劑組合物以及使用該焊劑或焊劑組合物的焊接方法之優點係該焊劑中需要或含有較少的LiF或甚至沒有LiF。BaF2含量可以比在先前技術方法中所使用的更低。
若任何藉由引用結合在此的專利案、專利申請案、以及公開物之揭露內容與本申請案之說明相衝突的程度到了可能導致術語不清楚，則本說明應該優先。
以下實例旨在詳細解釋本發明而非限制它。
實例1：該焊劑之製造
實例1.1：含SrF2之焊劑
所有的氟化物成分係以粉末形式提供的。
將8.4g的SrF2、9.3g的MgF2、5.7g的CaF2以及17.5g的Li3AlF6引入一研缽中並且混合以提供該焊劑。
實例1.2：含BaF2之焊劑
所有的氟化物成分係以粉末形式提供的。
將10.8g的BaF2、9.6g的MgF2、6.0g的CaF2以及17.8g的Li3AlF6引入一研缽中並且混合以提供該焊劑。
實例2：焊劑組合物之製造
實例2.1：含有SrF2之焊劑組合物
將聚丙烯酸鈉在水中溶解以提供按重量計5%的濃度。將20ml的此溶液與10g的實例1.1的焊劑混合以提供一焊劑漿料。
實例2.2：含有SrF2之焊劑組合物
將聚丙烯酸鈉在水中溶解以提供按重量計5%的濃度。將20ml的此溶液與10g的實例1.1的焊劑混合以提供一焊劑漿料。
實例3：對Al部件之焊接
實例3.1：用含有SrF2之焊劑焊接
使用氧乙炔炬在進料Al線以將焊料提供到連接點下進行焊接。
將兩個鋁片組裝，並且將實例1.1之焊劑作為乾粉鋪展到所打算的連接點附近的區域。點燃氧乙炔氣體混合物以將熱提供到該等Al片材之相應區域。焊接該等片材。從一些焊接機中，從該熱金屬和該焊劑發射出的紅色閃光(由汽化的鍶化合物造成)被認為是令人不愉快的。
實例3.2：用含有BaF2之焊劑焊接
使用氧乙炔炬在進料Al線以將焊料提供到連接點下進行焊接。
將兩個鋁片組裝，並且將實例1.2的焊劑作為乾粉鋪展到所打算的連接點附近之區域。點燃氧乙炔氣體混合物以將熱提供到該等Al片 材的相應區域。焊接該等片材。
實例4：使用焊劑組合物焊接Al部件
實例4.1：用含有SrF2的焊劑組合物焊接
使用氧乙炔炬在進料Al線以將焊料提供到連接點下進行焊接。
將兩個鋁片組裝，並且將實例2.1的焊劑組合物噴灑到所打算的連接點附近的區域。然後將該等部件乾燥。點燃氧乙炔氣體混合物以將熱提供到該等Al片材的相應區域。焊接該等片材。從該熱金屬和該焊劑發射出的紅色閃光(由汽化的鍶化合物造成)將被認為是來自一些焊接機中令人不愉快的。
實例3.2：用含有BaF2之焊劑組合物焊接
使用氧乙炔炬在進料Al線以將焊料提供到連接點下進行焊接。
將兩個鋁片組裝，並且將實例1.2的焊劑作為乾粉鋪展到所打算的連接點附近的區域。點燃氧乙炔氣體混合物以將熱提供到該等Al片材的相應區域。焊接該等片材。

Claims (15)

  1. 一種包含CaF2、MgF2以及Li3AlF6之焊劑，該焊劑進一步包含至少一種選自由SrF2和BaF2以及可隨意地LiF組成的組之氟化物，其條件係如果包含LiF，則LiF與Li3AlF6之間的重量比在從1：1至1：99之範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項之焊劑，該焊劑包含CaF2、MgF2、Li3AlF6以及SrF2。
  3. 如申請專利範圍第1項之焊劑，該焊劑包含CaF2、MgF2、Li3AlF6以及BaF2。
  4. 如申請專利範圍第1項之焊劑，該焊劑基本上不含LiF。
  5. 如申請專利範圍第1項之焊劑，其中，CaF2的含量係在按重量計從5%至20%之範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項之焊劑，其中，MgF2的含量係在按重量計從15%至30%之範圍內。
  7. 如申請專利範圍第1項之焊劑，其中，Li3AlF6的含量係按重量計等於或大於2%，並且較佳的是在按重量計從30%至60%之範圍內。
  8. 如申請專利範圍第1項之焊劑，其中，SrF2或BaF2的含量，或者如果這二者都存在，則SrF2或BaF2之和的含量，係在按重量計從15%至35%之範圍內。
  9. 如申請專利範圍第8項之焊劑，其中，存在BaF2，並且其中BaF2之含量係按重量計等於或低於28%。
  10. 如申請專利範圍第1項之焊劑，該焊劑係呈粉末形式。
  11. 一種焊劑組合物，該焊劑組合物包含如申請專利範圍第1至10項中任一項之焊劑以及至少一種液態載體和/或至少一種粘合劑。
  12. 一種用於連接鋁或鋁合金部件之方法，其中該等待連接的部件中的至少一個部件包含如申請專利範圍第1至10項之焊劑或如申請專利範圍第1項之焊劑組合物，該方法包括至少一個組裝該等待連接的部件之步驟，以及至少一個施加化學能、電能或雷射能來焊接該等部件以形成一連接的多部件總成之步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，該化學能係藉由氧氣乙炔火焰引入的。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，將鋁線作為焊料金屬被供到該等待連接的部件。
  15. 如申請專利範圍第12項之方法，該方法係一自熔焊接方法。
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