釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲、制備及應用的制作方法
【專利摘要】釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲、制備及應用，屬于藥芯焊絲【技術領域】。焊絲的外皮為鋁硅銅合金，藥芯為助焊劑；鋁硅銅合金具體質量成分：含Si為4%—15%，含Cu為3%—28%，余量為鋁及不可避免的雜質。通過非真空熔鑄、擠壓、軋制及退火工序，制備外皮鋁硅銅合金帶材，將帶材經由不同大小的壓輥軋制合口成o形斷面的空心焊條的同時將藥芯粉料包覆在焊條中，制備出藥芯焊絲毛坯；然后經拉拔及退火工藝，減徑至Φ1.0mm及以上。本發明中的釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲的優點是釬料自帶釬劑，不用再手動進行添加，可以實現釬焊的自動焊接。
【專利說明】釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲、制備及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲的制備技術，尤其涉及鋁硅銅合金材料的熔鑄、軋制、無縫藥芯焊絲、制備方法及其應用，屬于藥芯焊絲【技術領域】。
【背景技術】
[0002]鋁合金由于具有密度小、比強度高等優點，在航空、航天工業中已獲得愈來愈廣泛的應用。例如很多傳統的銅合金波導、高頻器件已被鋁合金所取代，利用釬焊方法制造復雜的鋁結構是最理想的方法。隨著運載工具的輕量化，鋁合金的應用范圍漸廣，其連接特別是焊接問題得到廣泛的重視。
[0003]常用的鋁合金焊接方法之一是釬焊，與熔焊相比其特點明顯:加熱溫度一般低于母材熔點，對母材物理化學性能無明顯的不利影響；釬焊溫度低，易對工件整體均勻加熱
坐寸ο
[0004]Al-Si釬料因具有良好的潤濕性、流動性、釬焊接頭的抗腐蝕性和可加工性，是被應用最廣的一種鋁釬料。但由于其熔點較高(液相線溫度為577°C)，釬焊熔點較低的鋁合金時，釬焊溫度非常接近于合金的固相線溫度，易使母材發生晶粒長大、溶蝕等現象。因此，降低釬料熔點從而降低釬焊溫度成為Al-Si釬料研究的重要方向之一。
[0005]Cu可以顯著的降低Al-Si系釬料的熔點，鋁硅銅三元合金相圖的Al角如圖1所示，在Al-Al2Cu-Si的贗三元系中有一個三元共晶點，含Cu26.7wt%，Si5.0wt%，熔化溫度為525°C。該組成常用作液相點較低的釬料。向Al-Si釬料加入Cu后，釬料的流動性顯著提高。但此三元共晶釬料由于Al2Cu金屬間化合物的含量很高，因而很脆。
[0006]但是當Cu元素在釬料中的含量從4%增加到10%時，釬料的固相線溫度急劇下降，在這個范圍內Cu元素對釬料固相線溫度的降低作用非常明顯。當釬料中Cu元素的含量從10%增加到20%時，釬料的固相線溫度下降的速率有所減少。因此，本課題在鋁硅合金的基礎上添加含量為10%的銅，將合金的熔點降低至522?565°C，利于鋁合金的釬焊。
[0007]藥芯焊絲也稱為管狀焊絲，可以通過調整藥芯添加物的種類和比例，很方便地設計各種不同用途的焊接材料，因為它的合金成分可靈活方便的調整，所以藥芯焊絲的許多品種是實心焊絲無法冶煉和軋制的。藥芯焊絲具有效率高、焊接工藝性好、成本較低等特點，已被廣泛應用于造船、橋梁、壓力容器、汽車、鐵路運輸、管道、海洋工程、電站建設、采礦、石化、建筑機械、重型機械及高層建筑等行業。
[0008]藥芯焊絲與手工焊條和氬弧焊絲相比有明顯的優勢，主要是把斷續的焊接過程變為連續的生產方式，從而減少了焊接接頭的數目，提高了焊縫質量，也提高了生產效率，節約了能源，繼承了焊條的成分可調的優點，其熔敷效率甚至可以高達手工焊條的4倍，還具有焊縫成形光順美觀、焊接變形小等一系列優點。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲，具體成分為含Si為4%—15%，含Cu為3% — 28%，用于釬焊鋁合金材料。
[0010]本發明的另一目的是提供一種鋁硅銅合金片材的加工方法，其通過非真空熔鑄、擠壓、軋制及退火工序，解決了合金加工性能差的問題，采用這種方法可以制備厚度為
0.5mm的招娃銅合金帶材。
[0011]本發明的又一目的是提供一種釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲的成型制備方法，其將一定寬度的鋁硅銅合金帶材經軋制機組軋成U形槽，加入按照配方配制的藥芯粉料，在成形輥的軋制下合口成O形斷面的藥芯焊絲毛坯。
[0012]本發明的再一目的是提供一種釬焊用鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲的拉拔及退火工藝，采用這種方法可以將直徑為Φ4.2_的藥芯焊絲經拉拔、退火工序，減徑至Φ1.0_及以上。
[0013]一種鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲，其特征在于，焊絲的外皮為鋁硅銅合金，藥芯為助焊劑。鋁硅銅合金具體質量成分:含Si為4% —15%，含Cu為3% — 28%，余量為鋁及不可避免的雜質。
[0014]藥芯為氟鋁酸鉀，其熔點在510°C—530°C。
[0015]本發明的鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲用于釬焊鋁合金材料。
[0016]為實現上述目的，本發明采取以下設計方案:
[0017](I)鋁硅銅合金的熔鑄工藝；
[0018]通過對熔煉溫度及澆鑄溫度，脫氣精煉的方法和時間的控制，熔鑄出直徑為Φ IlOmm的招娃銅合金棒材。
[0019](2)鋁硅銅合金擠壓、軋制及退火工序；
[0020]選取合適的擠壓模具設計，通過對擠壓溫度和速度的控制，將直徑為Φ 110_的棒材擠壓成古5mm的板材，再經過軋制及退火工序，加工成厚度為0.5mm及以上的帶材。[0021 ] (3)鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲成型工藝；
[0022]依據制備藥芯焊絲的設備條件，選取適當厚度的片材為原始材料，在制備藥芯的同時將釬劑包覆在內，制備出直徑約為Φ4.2mm的藥芯焊絲。
[0023](4)無縫藥芯焊絲的拉拔工藝；
[0024]對直徑約為Φ4.2mm的藥芯焊絲進行拉拔工序，對拉拔道次及中間退火溫度進行摸索，加工藥芯焊絲至Φ1.0mm及以上尺寸。
[0025]制備上述一種鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲的方法，具體包括以下步驟:
[0026]( I)鋁硅銅合金的熔鑄工藝
[0027]制備含硅質量為30%的鋁硅中間合金:稱取稱重高純鋁、單晶硅材料，使用中頻感應爐加熱，在石墨黏土坩堝內加入鋁錠后升溫，將鋁錠熔化后將單晶硅破碎后，分批地加入，用鐘罩將硅壓入鋁液，加入鋁液中的硅溶解非常激烈，待硅全部熔清后，鑄錠得到，合金的澆鑄溫度為720-750°C ；
[0028]制備含銅質量為50%的鋁銅中間合金:稱重高純鋁、無氧銅材料，使用中頻感應爐加熱，在粘土石墨坩堝內加入鋁錠后升溫，待鋁錠熔化后加入銅錠，使爐溫升至800?8500C，充分攪拌，待銅錠全部熔化，合金的澆鑄溫度為700-750°C。
[0029]制備含Si為4% —15%、含Cu為3% — 28%的鋁硅銅合金:稱重高純鋁、上述鋁硅中間合金、鋁銅中間合金材料，將純鋁錠放入石墨坩堝中，升溫，待鋁錠全部熔化后，加入鋁硅中間合金、鋁銅中間合金，全部熔化后，進行脫氣，撒少許精煉劑后，精煉劑為六氯乙烷，用量為爐料的0.3-0.4%，精煉完畢，除去表面浮渣，繼續升溫至750-800°C，攪拌，即可出爐得到招娃銅合金合金棒；一般棒材的直徑為Φ 110mm。
[0030](2)鋁硅銅合金擠壓、軋制及退火工序
[0031]選取合適的擠壓模具，鋁硅銅合金棒材及擠壓模具裝入電阻箱式退火爐中，設定加熱溫度為350°C — 420°C (優選380°C)，保溫3小時，開始擠壓，擠壓溫度為380°C，速度IOmm/s ;擠壓后帶材尺寸厚度為5—8mm,—般可選寬85mm ；
[0032]將上述鋁硅銅合金帶材在箱式退火爐中均勻化退火，380°C—420°C (優選400°C )保溫3小時后進行熱軋開坯軋制，在開坯軋制中材料的溫度為400°C，軋制2-3道次后將合金返回加熱爐中加熱，溫度為400°C，保溫至少30min后，繼續開坯軋制，這樣反復軋制至
1.5-3mm (優選2mm)后轉入中間軋制；
[0033]中間軋制為:退火溫度為380°C—420°C (優選400°C)，保溫I小時，隨爐冷后軋制至0.6-1.0mm (優選0.8mm),轉入成品軋制；
[0034]將上述厚度為0.6-1.0mm (優選0.8mm)中間軋制的招娃銅合金帶材裝入箱式退火爐中，400°C保溫3小時后隨爐后，進行冷加工至厚度為0.5_或以上；
[0035]( 3 )鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲成型工藝；
[0036]依據制備藥芯焊絲的設備條件，將帶材經由不同大小的壓輥軋制合口成O形斷面的空心焊條的同時將藥芯粉料包覆在焊條中，制備出藥芯焊絲毛坯；優選藥芯焊絲毛坯直徑約為Φ4.2mm。
[0037](4)無縫藥芯焊絲的拉拔工藝；
[0038]將步驟(3)藥芯焊絲毛坯裝入退火爐中，380°C—420°C (優選400°C )保溫3小時后隨爐冷，冷拉拔至Φ1.0mm或以上尺寸。
[0039]本發明的優點是:
[0040]1、本發明鋁硅銅合金的成分為含Si=10%，含Cu=10%，該合金的熔流點范圍為522?565°C，遠低于一般鋁合金的熔點，這樣在使用該釬料進行釬焊時可以避免母材發生晶粒長大、溶蝕等現象。
[0041]2、本發明鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲是利用加工出來的鋁硅銅合金帶材，在制備藥芯焊絲的同時將釬劑包覆在內，并最終實現無縫藥芯焊絲的成型，其最大的優點是釬料自帶釬劑，在釬焊時不需要再添加釬劑；
[0042]3、由于釬料自帶釬劑，在對某些具有復雜結構零件或大型焊接焊接時，無需手動添加釬劑，可以實現自動焊接。
【具體實施方式】
[0043]下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0044]實施例1
[0045](I)采用下述的制備方法制備鋁硅中間合金，其組分及質量百分比為:Si:30%,Al:余量(簡稱AlSi30);鋁銅中間合金，其組分及質量百分比為:Cu:50%，Al:余量(簡稱AlCu50)。
[0046]制備工藝如下:[0047]a)備原材料:外購99.999%高純鋁原材料，99.999%單晶硅頭S1-1原材料，無氧銅原材料；按照上述組分及質量百分比配比計算、稱重。
[0048]b)使用中頻感應爐加熱，在石墨黏土坩堝內加入鋁錠后升溫，將鋁錠熔化后將單晶硅破碎后，分批小量地加入，用鐘罩將硅壓入鋁液，加入鋁液中的硅溶解非常激烈，待硅全部熔清后，鑄錠。合金的澆鑄溫度為720-750°C ;
[0049]c)使用中頻感應爐加熱，在粘土石墨坩堝內加入鋁錠后升溫，待鋁錠熔化后加入銅錠，使爐溫升至800~850°C，充分攪拌，待銅錠全部熔化，合金的澆鑄溫度為700-750°C。
[0050](2)利用步驟(1)所制備的AlSi30和A1CU50中間合金制備IOKg成分含量為Si=10%> Cu=10%的招娃銅合金棒材,方法如下:
[0051]a)備原材料:外購99.999%高純鋁原材料，AlSi30中間合金，AlCu50中間合金；按照Si=10%、Cu=10%進行配比計算、稱重。
[0052]b)將純鋁錠輕輕放入石墨坩堝中，升溫，待鋁錠全部熔化后，依次加入中間合金，當鋁合金全部熔化后，進行脫氣，精煉劑喂六氯乙烷，用量為爐料的0.3-0.4%，精煉完畢，撒少許精煉劑后，除去表面浮渣。繼續升溫至750-800°C，攪拌，即可出爐。取樣送成分分析。
[0053]步驟(3):將步驟(2)制備的鋁硅銅10-10合金棒材擠壓成厚度為5mm，寬85mm的帶材，方法如下:
[0054]a)擠壓設備:
[0055]擠壓機:1200噸臥式擠壓機；
[0056]退火爐:電阻箱式退火爐；
[0057]b)擠壓模具:
[0058]規格 古5 X 85mm,模具鋼；
[0059]潤滑劑:60%24#氣缸油+40%石墨粉
[0060]c)擠壓前將鋁硅銅10-10合金棒材及擠壓模具裝入電阻箱式退火爐，設定加熱溫度為380°C，保溫3小時。擠壓溫度為380°C，速度10mm/s。
[0061]步驟(4):將步驟(3)擠壓出的鋁硅銅10-10合金帶材經軋制工序至厚度為2mm，方法如下:
[0062]a)軋制設備:
[0063]軋機:Φ 310軋機；
[0064]箱式電阻爐及其他熱軋工具
[0065]b)軋制前，保證軋機軸瓦和輥面保持良好的潤滑。將步驟(3)擠壓出的鋁硅銅10-10合金帶材在箱式退火爐中均勻化退火，420°C保溫3小時后進行熱軋開坯軋制，在開坯軋制中材料的溫度為420°C，軋制2-3道次后加工合金返回加熱爐中加熱，溫度為420°C，保溫30min后，繼續開坯軋制，這樣反復軋制至2mm后轉入中間軋制。
[0066]步驟(5):將步驟(4)開坯軋制出的鋁硅銅10-10合金帶材經成品軋制工序至厚度為0.8mm,方法如下:
[0067]a)軋制設備:
[0068]軋機:Φ90Χ200Χ200πιπι四輥中軋機；
[0069]箱式電阻爐及其他熱軋工具；
[0070]b)將步驟(4)中厚度為2mm的鋁硅銅10-10合金帶材裝入箱式退火爐中加熱，退火溫度為420°C，保溫I小時，隨爐冷，軋制至0.8_。
[0071]步驟(6):
[0072]a)軋制設備:
[0073]軋機:Φ154 X 300mm 精軋機；
[0074]箱式電阻爐及其他熱軋工具；
[0075]b)將步驟(5)厚度為0.8mm的鋁硅銅10_10合金帶材裝入箱式退火爐中，420°C保溫3小時后隨爐后，進行冷加工。軋制過程中通過壓下量的調整，保證加工出的帶材平直，通過成品軋機軋制至厚度為0.5_。
[0076]步驟(7):
[0077]將步驟(6)制備的鋁硅銅10-10合金片材進行分條切邊，為藥芯焊絲的制備做準備。
[0078]a)使用設備:
[0079]藥芯焊絲制備機
[0080]b)依據藥芯焊絲的直徑不同選取合適寬度的鋁硅銅10-10合金片材，通過不同大小的壓輥進行藥芯焊絲的成型工序，并將釬劑氟鋁酸鉀包覆在其內，制備出直徑約為Φ4.2mm的藥芯焊絲。藥芯焊絲包覆完好，無開裂。
[0081]步驟(8):
[0082]將步驟(7)制備的鋁硅銅10-10合金無縫藥芯焊絲經拉拔工序加工至Φ 1.0mm，方法如下:
[0083]a)拉拔設備及模具:
[0084]大立罐拔絲機:M0DEL-560-l型拉絲機；
[0085]小立罐拔絲機:C732型立式滾筒拉絲機
[0086]壓尖機及拔絲退火爐；
[0087]拔絲模:硬質合金模；
[0088]b)將步驟(7)制備的鋁硅銅10-10合金藥芯焊絲裝入退火爐中，420°C，
[0089]保溫3小時后隨爐冷，冷加工至所需的成品尺寸。
[0090]實施例2
[0091]步驟(I)
[0092]選取長度為40mm，寬度為40mm，厚2mm的高鋁板為基材，對實施例1制備的鋁硅銅藥芯焊絲做鋪展性試驗。使用普通電阻爐加熱，設定溫度為530°C，反應時間為40s，材料從入爐到出爐不超過2min，每個鋪展試驗選取鋁硅銅藥芯焊絲0.1go對鋪展面積用面積儀測量結果為平均5.2cm2。
[0093]步驟(2)
[0094]選取長度為150mm,寬度為30mm,厚2mm的高招板為立板，長度為150mm,寬度為40mm，厚2mm的高鋁板為底板，對鋁硅銅藥芯焊絲做填縫性試驗，立板的一端與底板間隙為Imm,且互相垂直，每個實驗取鋁硅銅藥芯焊絲0.75g。經測量，填縫長度平均為12.05cm。
[0095]步驟(3)
[0096]選取長度為100mm,寬度為20mm,厚3mm的6063招合金板材為母材,采用火焰釬焊
的方法，分別對母材兩兩進行對接及搭接制樣，研究鋁硅銅藥芯焊絲的焊接性能。在拉伸機試驗下，鋁硅銅藥芯焊絲的抗拉強度平均達93Mpa，剪切強度平均達25.3Mpa。
【權利要求】
1.一種鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲，其特征在于，焊絲的外皮為鋁硅銅合金，藥芯為助焊劑；鋁硅銅合金具體質量成分:含Si為4% —15%，含Cu為3% — 28%，余量為鋁及不可避免的雜質。
2.按照權利要求1的一種鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲，其特征在于，藥芯為氟鋁酸鉀，其熔點在 510°C — 530°C。
3.制備權利要求1所述的一種鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)鋁硅銅合金的熔鑄工藝 制備含娃質量為30%的招娃中間合金:稱取稱重聞純招、單晶娃材料，使用中頻感應爐加熱，在石墨黏土坩堝內加入鋁錠后升溫，將鋁錠熔化后將單晶硅破碎后，分批地加入，用鐘罩將硅壓入鋁液，加入鋁液中的硅溶解非常激烈，待硅全部熔清后，鑄錠得到，合金的澆鑄溫度為720-750°C ； 制備含銅質量為50%的鋁銅中間合金:稱重高純鋁、無氧銅材料，使用中頻感應爐加熱，在粘土石墨坩堝內加入鋁錠后升溫，待鋁錠熔化后加入銅錠，使爐溫升至800~850°C，充分攪拌，待銅錠全部熔化，合金的澆鑄溫度為700-750°C ； 制備含Si為4% —15%、含Cu為3% — 28%的鋁硅銅合金:稱重高純鋁、上述鋁硅中間合金、招銅中間合金材料，將純招徒放入石墨樹禍中，升溫，待招徒全部溶化后，加入招娃中間合金、鋁銅中間合金，全部熔化后，進行脫氣，撒少許精煉劑后，精煉劑為六氯乙烷，用量為爐料的0.3-0.4%，精煉完畢，除去表面浮渣，繼續升溫至750-800°C，攪拌，即可出爐得到鋁硅銅合金合金棒； (2)鋁硅銅合金擠壓、軋制及退火工序 選取合適的擠壓模具，鋁硅銅合金棒材及擠壓模具裝入電阻箱式退火爐中，設定加熱溫度為350°C—420°C，保溫3小時，開始擠壓，擠壓溫度為380°C，速度10mm/S ;擠壓后帶材尺寸厚度為5—8mm ； 將上述鋁硅銅合金帶材在箱式退火爐中均勻化退火，380°C—420°C保溫3小時后進行熱軋開坯軋制，在開坯軋制中材料的溫度為400°C，軋制2-3道次后將合金返回加熱爐中加熱，溫度為400°C,保溫至少30min后,繼續開還軋制,這樣反復軋制至1.5_3mm后轉入中間軋制； 中間軋制為:退火溫度為380°C —420°C，保溫I小時，隨爐冷后軋制至0.6-1.0mm，轉入成品乳制； 將上述厚度為0.6-1.0mm中間軋制的鋁硅銅合金帶材裝入箱式退火爐中，400°C保溫3小時后隨爐后，進行冷加工至厚度為0.5mm或以上； (3)鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲成型工藝； 依據制備藥芯焊絲的設備條件，選取步驟(2)的帶材為原始材料，將帶材經由不同大小的壓輥軋制合口成ο形斷面的空心焊條的同時將藥芯粉料包覆在焊條中，制備出藥芯焊絲毛還； (4)無縫藥芯焊絲的拉拔工藝； 將步驟(3)藥芯焊絲毛坯裝入退火爐中，380°C—420°C保溫3小時后隨爐冷，冷拉拔至Φ 1.0mm或以上尺寸。
4.按照權利要求3的方法，其特征在于，步驟(2)中鋁硅銅合金棒材及擠壓模具裝入電阻箱式退火爐中，設定加熱溫度為380°C;反復軋制至2_后轉入中間軋制；中間軋制為:退火溫度400°C，保溫I小時，隨爐冷后軋制至0.8mm，轉入成品軋制；將厚度0.8_鋁硅合金帶材裝入箱式退火爐中，420°C保溫3小時后隨爐后，進行冷加工至厚度為0.5mm。
5.按照權利要求3的方法，其特征在于，步驟(3)藥芯焊絲毛坯直徑為Φ4.2πιπι。
6.按照權利要求3的方法，其特征在于，步驟(4)藥芯焊絲毛坯裝入退火爐中，在400°C保溫3小時后隨爐冷，進行拉拔工序，冷拉拔至Φ1.0mm。
7.權利要求1或 2所述的鋁硅銅合金無縫藥芯焊絲用于釬焊鋁合金材料。
【文檔編號】B23K35/40GK103521943SQ201310532809
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】陳怡蘭, 李剛, 馬艷萍, 蔣建敏, 賀定勇, 周正, 王曾潔 申請人:北京有色金屬與稀土應用研究所, 北京工業大學