CN104972242A - 一种铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，由外层金属皮和药芯组成，外层金属皮为铝硅合金；内部药芯由铝硅合金粉、锡粉、钛粉、镍粉、锌粉、银粉、稀土、氟铝酸盐组成，各组成成分的质量百分比为：铝硅合金粉5-30%，锡粉5-10%，钛粉0.5-10%，稀土0.5-2%，锌粉3-10%，镍粉0.5-5%，银粉5-15%，余量为氟铝酸盐。本发明焊接时芯部的氟铝酸盐先熔化，起到促进润湿和去除氧化膜的自钎剂作用，可以降低铝/钢热膨胀系数差及减少Fe-Al金属间化物数量，实现铝与钢搭接或对接结构高效焊接，适于MIG、TIG熔钎焊及各种热源-电弧复合时作为填充金属使用。

Description

一种铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，涉及一种铝/钢异种材料焊接用药芯焊丝，具体地说是一种适合铝/钢异种材料熔钎焊用的自钎剂药芯焊丝。

背景技术

铝/钢复合结构可以综合铝和钢两种材料自身优点，是现代工程结构的重要组成部分，如汽车、高速列车及石油化工等领域有广泛应用。然而，铝/钢结构焊接过程中会出现很多问题。铝与钢物理性能之间的差异，使焊接接头中存在较大应力；接头中存在较多Fe-Al金属间化合物，降低接头力学性能；焊接接头易出现气孔和裂纹等缺陷。因此，为了获得高性能的铝/钢复合结构，我们必须开发新的焊接工艺及焊接材料。

目前，铝/钢异种材料连接技术研究，主要集中在新型焊接技术及焊接材料两方面。铝/钢熔焊方法主要包括激光熔钎焊、电子束焊及电弧熔钎焊等。专利申请号CN102430871B公开了一种铝/钢激光熔钎焊方法；专利申请号CN 101745709A则公开了适合于铝/钢异种合金对接的辅助涂层TIG熔钎焊方法；专利申请号CN 102974925A公开一种通过TIG电弧协同加热优化铝/钢MIG钎焊接头方法。

铝/钢连接时所用的焊接材料主要包括实芯焊丝、药芯焊丝以及钎剂。商业化应用的ER4043和4047Al-Si系焊丝配合钎剂使用可以获得较好的接头，但实心焊丝缺乏适用性，无法根据实际需要添加合金元素；专利申请号CN102430871B、CN101219508A、CN101378873B、CN103612032A、CN103612026A、CN103521943A及EP1997579A1均提出一种药芯铝焊丝，焊丝外层金属皮为不同成分的铝合金，药芯成分由钎剂组成，如氟化物或氟铝酸盐，没有体现药芯焊丝的灵活性；CN202963800U公开了一种金属颗粒增强药芯铝焊丝，焊丝外层金属皮为铝硅合金，芯部药粉由不同的合金粉组成，用于较薄铝合金焊接，但是合金粉的制作工艺复杂，制作过程容易掺杂杂质，同时，这种合金粉也缺乏灵活性，无法根据需要添加元素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供了一种配方合理，制作简单，成本低廉，通过钎剂促进润湿，依靠药芯中金属粉及合金粉的合金化作用，实现铝/钢复合结构的高效化焊接的铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，其特征在于外层金属皮为铝硅合金带，内部药芯由铝硅合金粉、锡粉、钛粉、镍粉、锌粉、银粉、稀土、氟铝酸盐组成，各组成成分的质量百分比为：铝硅合金粉5-30%，锡粉5-10%，钛粉0.5-10%，稀土0.5-2%，锌粉3-10%，镍粉0.5-5%，银粉5-15%，余量为氟铝酸盐。

 进一步，所述铝硅合金带中硅含量为4.5-6.0wt.%，带宽8mm，厚度为0.3mm。这种铝合金带加工性能好，药粉的填充率高。

进一步，所述铝硅合金粉中硅的质量百分比为12.5%。

进一步，所述氟铝酸盐为KAlF₄ 与K₃AlF₆共晶成分。

进一步，所述金属粉粒度为80-100目，氟铝酸盐粒度为100-200目。

本发明的优势和特点在于：本发明的药芯铝焊丝，使用铝硅合金外皮，芯部添加不同含量金属粉、合金粉及钎剂。钎剂可以促进润湿，并依靠药芯中金属粉及合金粉的合金化作用，可以实现铝/钢复合结构的高效化焊接。尤其适用于当钢（碳钢、低合金钢及不锈钢）表面镀锌的情况下。此外，也可作为TIG熔钎焊、MIG熔钎焊及各种热源-电弧复合熔钎焊时的填充材料。

具体实施方式

本发明一种铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，所述外层金属皮为铝硅合金带，内部药芯由铝硅合金粉、锡粉、钛粉、镍粉、锌粉、银粉、稀土、氟铝酸盐组成，各组成成分的质量百分比为：铝硅合金粉5-30%，锡粉5-10%，钛粉0.5-10%，稀土0.5-2%，锌粉3-10%，镍粉0.5-5%，银粉5-15%，余量为氟铝酸盐。

     本发明所述铝硅合金带中硅含量为4.5-6.0wt.%，带宽8mm，厚度为0.3mm。这种铝合金带加工性能好，药粉的填充率高。硅含量低时，硅的作用不明显，含量高时，焊丝制作过程变得困难。

本发明所述内部药芯的化学成分中，各组成的作用机制如下：氟铝酸盐是含量较多的成分，其熔点低，熔化后起到钎剂作用，可以促进钎料润湿及一定的去除氧化膜的能力。焊接时无需额外添加钎剂，依靠药芯中添加组分的自钎剂作用，即可以完成焊接过程。所述氟铝酸盐为KAlF₄ 与K₃AlF₆共晶成分。

本发明内部药芯中加入的铝硅共晶合金粉可以改善熔融金属流动性，向焊缝中过渡Si元素，降低钎料熔点，增强焊缝抗裂能力；少量Si元素可以抑制金属间化合物数量，改善组织；但含量不宜过多，否则会增加焊缝金属脆性。所述铝硅合金粉中铝和硅是按共晶点比例配制，硅的质量百分比为12.5%。

本发明内部药芯中加入的Sn粉可以降低焊缝中Fe-Al金属间化合物数量，提高接头强度，并可以促进润湿。本发明中Sn粉的加入量为5-10%。

      本发明内部药芯中，加入的稀土元素，主要起到细化晶粒作用。本发明中稀土元素加入量为0.5-2%。

本发明内部药芯中，加入的镍粉可以一定程度上缓解铝/钢接头中热失配问题，降低接头残余应力，但镍含量不宜过多，否则会形成Ni-Fe化合物。本发明中镍粉为0.5-5%。

本发明内部药芯中加入的Ti粉主要是降低接头中Fe-Al金属间化合物数量，细化晶粒。本发明中Ti粉加入量为0.5-10%。

本发明内部药芯中加入的Ag粉主要是借助Ag良好塑性及过渡能力，降低铝/钢热膨胀系数差异，提高接头强度。本发明中Ag粉加入量为5-15%。

本发明内部药芯中加入的Zn粉主要是进一步促进钎料在熔融金属表面润湿。本发明中Zn粉加入量为3-10%。

本发明所述金属粉粒度为80-100目，氟铝酸盐粒度为100-200目。

本发明中的药芯组分可以促进液态金属流动，更好润湿钢表面，提高接头力学性能。通过优化不同药芯配方得到最佳配比，可以缓解焊接接头应力，提高焊接接头的塑韧性，并降低接头缺陷率，满足对抗剪强度和抗拉强度的要求。

本发明中药芯焊丝直径范围在1.2mm-2.0mm，焊丝由拉丝机制作而成；本发明适合碳钢、低合金钢及不锈钢使用，当钢板为镀锌钢时，效果更好；本发明适用于铝/钢电弧熔钎焊及各种热源-电弧熔钎焊，可以满足接头强度要求。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。各实施例中内部药芯的化学成分及组成含量如表1所示。

表1：各实施例中内部药芯的化学成分及组成含量

采用实施例1-5的药芯组分制备的药芯焊丝，在氩气保护下进行搭接试验。结果表明，本发明中的自钎剂药芯焊丝能够很好地润湿母材，且具有良好的填缝作用；母材变形小，无裂纹，气孔数量少；接头拉剪强度比普通铝药芯焊丝高，可以满足实际需求。微观组织分析结果表明，本发明中的药芯焊丝，获得的接头界面金属间化合物层厚度小，且晶粒有一定程度的细化。特别是采用实施例2的药芯组分制备的药芯焊丝，显示了良好的焊接工艺性能，与常用的铝硅焊丝比，相同条件下，焊丝熔化后的润湿和铺展能力增强，润湿角降低5~7°，搭接接头变形量变小，接头塑性有所提高，接头拉剪强度提高4~8%，接头中金属间化合物数量减少，且不连续分布。

Claims (6)

1.一种铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，包括外层金属皮和内部药芯，其特征在于外层金属皮为铝硅合金带，内部药芯由铝硅合金粉、锡粉、钛粉、镍粉、锌粉、银粉、稀土、氟铝酸盐组成，各组成成分的质量百分比为：铝硅合金粉5-30%，锡粉5-10%，钛粉0.5-10%，稀土0.5-2%，锌粉3-10%，镍粉0.5-5%，银粉5-15%，余量为氟铝酸盐。

2.根据权利要求1所述的铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，其特征在于：所述铝硅合金带中硅含量为4.5-6.0wt.%，带宽8mm，厚度为0.3mm。

3.根据权利要求1所述的铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，其特征在于：所述铝硅合金粉中硅的质量百分比为12.5%。

4.据权利要求1所述的铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，其特征在于：所述氟铝酸盐为KAlF₄ 与K₃AlF₆共晶成分。

5.根据权利要求1所述的铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，其特征在于：所述金属粉粒度为80-100目，氟铝酸盐粒度为100-200目。

6.根据权利要求1所述的铝/钢熔钎焊用自钎剂药芯焊丝，其特征在于：所述内部药芯中各组成成分的质量百分比为：铝硅合金粉15%，锡粉10%，钛粉2.5%，稀土2%，锌粉5%，镍粉0.5%，银粉15%，氟铝酸盐50%。