CN103203564A

CN103203564A - 一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂

Info

Publication number: CN103203564A
Application number: CN2013101094571A
Authority: CN
Inventors: 林三宝; 何欢; 杨春利; 范成磊; 陈占录
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2013-07-17

Abstract

本发明涉及一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂及其制作方法，方法在于，首先将KAlF₄粉末和铝粉按质量比4-7∶3-6的比例混合，然后用丙酮调和成均匀的悬浮溶液，再将KAlF₄粉末和铝粉总质量的0.5％-1％的酒石酸钾钠加入蒸馏水中能够溶解即可，最后混入上述的悬浮溶液中搅拌均匀，制成钎剂。本发明制得的钎剂起到稳定交流电弧，促进润湿铺展，改善焊缝成形，提高接头性能的作用，最终实现铝、钢异种金属的优质可靠连接。

Description

一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂

技术领域

本发明涉及焊接技术，具体涉及一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂。

背景技术

随着科技与工业的快速发展，铝-钢复合结构的需求不断增加，而采用此种结构的重要前提是获得二者的优质连接接头。然而，铝-钢连接是焊接领域中的难点问题，铝钢之间固溶度低，物理性能相差大，且采用传统熔焊时，生成高脆性的金属间化合物，严重降低接头性能。目前，采用较多的铝/钢连接方法为钎焊和固相焊，固相焊中如扩散焊、压力焊、摩擦焊等，能够获得性能良好的铝/钢异种合金接头。但这类焊接方法的局限性也很明显，工件尺寸和接头形式受限，装卡要求高，工艺复杂且所需时间较长，设备昂贵，在很大程度上限制了铝/钢复合结构在实际中的应用。

近年来，熔-钎焊成为铝/钢异种材料连接的热门研究方向。熔-钎焊中主要热源有电弧、激光和电子束，其中电弧应用最为广泛、使用简单方便、成本最低，因此，如果能够利用电弧作为热源实现铝-钢的优质连接将具有重大意义。

TIG熔-钎焊是以钨极电弧为热源对铝合金与钢工件进行加热，同时通过连续送进铝基焊丝填充接头，铝合金处于熔化状态，为熔焊结合，而钢母材不熔化，为钎焊结合，其实质是熔化的铝及焊丝与固态的钢通过界面反应结合在一起的，焊接过程兼备熔焊和钎焊的双重特点。由于铝合金表面有一层氧化膜，TIG焊铝采用氩气保护时多采用交流电弧，利用交流电弧负半周的阴极清理作用除去铝合金表面氧化膜，进而实现优质熔焊连接。然而，交流电弧在转换到负半周时，由于钢表面发射电子的能力较弱，使得维弧变得困难，电弧稳定性很差。目前，铝-钢熔钎焊大多使用Nocolok钎剂(K₃AlF₆+KAlF₄)或者在其中添加低熔点元素，但对电弧稳定性的改善有限，接头成形与性能也不理想，而且在界面处引出了Zn、Sn元素，增加了界面脆性。

发明内容

基于以上不足之处，本发明的目的在于开发一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂，通过在不锈钢表面刷涂该钎剂，可以起到稳定交流电弧，促进润湿铺展，改善焊缝成形，提高接头性能的作用，最终实现二者的优质可靠连接。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，首先将KAlF₄粉末和铝粉按质量比4-7∶3-6的比例混合，然后用丙酮调和成均匀的悬浮溶液，再将KAlF₄粉末和铝粉总质量的0.5％-1％的酒石酸钾钠加入蒸馏水中能够溶解即可，最后混入上述的悬浮溶液中搅拌均匀，制成钎剂。

1、所述的KAlF₄粉末用Nocolok代替。

2、所述的铝粉为纯度99.99％。

3、按照如上制作方法制得的一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂。

在本钎剂中，KAlF₄是钎剂的基体，起到降低界面张力，促进钎料润湿铺展的作用，其与铝粉的配合使用则更为重要。铝粉混入钎剂后，在电弧的作用下，钎剂首先融化并与铝粉反应除去铝粉表面的氧化膜，铝粉随即熔化，这样在熔池前方就形成了一层液态铝与液态KAlF₄的混合物，可很大程度的提高电弧的稳定性及钎料的润湿铺展能力，可以起到稳定交流电弧，促进润湿铺展，改善焊缝成形，提高接头性能的作用，最终实现铝、钢异种金属的优质可靠连接。

附图说明

图1为本发明涂刷后的效果图及钎剂成分的XRD分析图；

图2为采用本发明对交流负半周电弧稳定性的改善情况对比图；

图3为采用本发明对焊缝成形的改善情况对比图；

图4为采用本发明对接头力学性能的改善情况图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：

结合图1，一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，首先将KAlF₄粉末和铝粉按质量比7∶3的比例混合，然后用丙酮调和成均匀的悬浮溶液，再将KAlF₄粉末和铝粉总质量的0.5％的酒石酸钾钠加入蒸馏水中能够溶解即可，最后混入上述的悬浮溶液中搅拌均匀，制成钎剂。所述的铝粉为纯度99.99％。然后用细毛刷将配置好的钎剂均匀地涂覆于清洁的钢表面，钎剂厚度以0.3mm左右为益，在微量粘结剂酒石酸钾钠的帮助下，钎剂可均匀牢固的涂覆于钢表面。不锈钢表面刷涂钎剂后形貌及钎剂成分的XRD分析如图1所示。

实施例2：

一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，首先将KAlF₄粉末和铝粉按质量比4∶6的比例混合，然后用丙酮调和成均匀的悬浮溶液，再将KAlF₄粉末和铝粉总质量的0.5％的酒石酸钾钠加入蒸馏水中能够溶解即可，最后混入上述的悬浮溶液中搅拌均匀，制成钎剂。

实施例3：

一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，首先将Nocolok和铝粉按质量比5∶5的比例混合，然后用丙酮调和成均匀的悬浮溶液，再将Nocolok和铝粉总质量的0.5％的酒石酸钾钠加入蒸馏水中能够溶解即可，最后混入上述的悬浮溶液中搅拌均匀，制成钎剂。

实施例4：

为了便于说明，采用不添加铝粉的KAlF₄钎剂与本发明对比。将两种钎剂分别涂覆于不锈钢表面，然后将TIG交流电弧在涂有钎剂的不锈钢表面燃烧，观察钎剂对负半周电弧稳定性的影响。结合图2，采用本发明的钎剂，交流负半周电弧更加稳定、集中，改善了采用传统钎剂的电弧漂移、跳跃情况。

实施例5：

结合图3，将本发明钎剂涂覆到不锈钢坡口处进行铝-钢对接焊实验，母材：5A06铝合金和SUS321奥氏体不锈钢，板厚3.0mm，不锈钢侧采用30°、铝侧采用45°V型坡口，填充材料为直径1.6mm ER1100商用纯铝焊丝，焊接电源为交流方波TIG电源。结果表明，采用本发明钎剂，焊接过程电弧稳定，钎料润湿铺展更加充分，成形更加均匀饱满。

实施例6：

结合图4，将不同比例铝粉与KAlF₄混合，考察铝粉含量对接头性能的影响。结果表明，铝粉的加入可使接头强度提高，在铝粉含量为50％时，接头强度达最大值175MPa。

本发明所述的铝及铝合金为所有铝及其合金；所述的钢为不锈钢、碳钢、合金钢；焊丝可采用任意铝基焊丝，特别适用于纯铝、铝硅、铝铜焊丝。

Claims

1.一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，其特征在于：首先将KAlF₄粉末和铝粉按质量比4-7∶3-6的比例混合，然后用丙酮调和成均匀的悬浮溶液，再将KAlF₄粉末和铝粉总质量的0.5％-1％的酒石酸钾钠加入蒸馏水中能够溶解即可，最后混入上述的悬浮溶液中搅拌均匀，制成钎剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，其特征在于：所述的KAlF₄粉末用Nocolok代替。

3.根据权利要求1所述的一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法，其特征在于：所述的铝粉为纯度99.99％。

4.一种按照如权利要求1-3任一项所述的一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂制作方法制得的一种用于铝、钢异种金属交流电弧熔钎焊的钎剂。