CN108032000A - 一种锡基合金mig焊材 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锡基合金MIG焊材，包括锡，还包括以下重量百分比的各组分：4～12％的锑，0.1～0.5％的铝，0.6～1％的镍，0.2～0.5％的磷；采用这种锡基合金，减少焊材MIG焊过程中容易出现的飞溅物多、焊缝表面外观不良等问题，同时焊缝结合强度高并且稳定可靠，该合金尤其适用于钢基和/或铜基母材表面的MIG焊。

Description

一种锡基合金MIG焊材

技术领域

本发明涉一种焊材，尤其是用于MIG焊的锡基合金材料。

背景技术

锡基合金是广泛应用于低速重载滑动摩擦部件的耐磨层材料。传统工艺是将锡基巴氏合金进行铸造，再嵌套和固定在构件摩擦部位形成耐磨层。这种方法需要大量的后续机械加工，材料损耗大。近年来，采用堆焊方法进行锡基合金耐磨层直接涂覆或局部修复已经成为一种新的轴瓦加工方法，其特点是效率高，加工简便。

MIG焊(熔化极气保护焊)相对火焰钎焊和TIG焊(非熔化极气保护焊)，效率更高。更为重要的是，焊丝作为熔化电极，焊透性好，接头结合强度高，因此代表了巴氏合金堆焊最新的发展方向。然而，MIG焊的难点在于电弧的稳定性控制，以及熔池温度高，这会给焊接飞溅及焊缝表面质量带来一定影响，是目前运用MIG焊进行巴氏合金堆焊的难点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种堆焊性能优良的锡基合金焊材配方，减少焊材MIG焊过程中容易出现的飞溅物多、焊缝表面外观不良等问题，同时焊缝结合强度高并且稳定可靠。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

提供一种用于在钢基、铜基母材表面进行MIG焊的焊接材料，除了金属锡，所述材料还含有以下重量百分比的各组分：4～12％的锑(Sb)，0.1～0.5％的铝(Al)，0.6～1％的镍(Ni)，0.2～0.5％的磷(P)。

本发明的益处体现在如下方面：

1.本发明的锡基合金相对传统锡基巴氏合金，去除了铜(Cu)，增加了铝(Al)。铜在铸造巴氏合金中能够形成中间硬质相，起到提高耐磨性的作用。本发明采用极为少量的Al元素取代了Cu，发现在钢基母材焊接时能形成多种Fe-Al硬质相，同样可以起到提高耐磨性的作用。同时，这种材料还特别适合铜基母材的焊接特别是采用MIG焊。发现了含铜巴氏合金在铜基母材焊接时，由于母材中的铜元素很容易溶入焊缝而导致焊缝中的铜含量过高，材料脆性倾向增大，耐疲劳性能降低，因此本方案中不含Cu且含有铝，Cu在熔池中的溶解度下降，可大幅度改善堆焊层的脆性和耐疲劳性能。Al含量对材料的耐磨性影响很大。当Al含量低于0.1％时，焊缝中少有Fe-Al硬质相，在钢基母材上焊接形成的堆焊层耐磨性明显降低，优化的Al含量为0.21～0.25％，此时形成了Fe-Al相数量多，且弥散细小，可提高材料的耐磨性(见实施例2)。当Al含量超过0.5％时，长条形的Fe-Al相会粗化，对堆焊层的耐磨性起到不利影响。

2.本发明发现了加入Ni和P可以有效解决MIG焊飞溅问题，并且飞溅降低的原因是熔滴粘度的增加。当Ni含量为0.65～0.75％，同时P含量为0.25～0.35％时，获得的焊缝飞溅最小，外观均匀平整。对比发现，当Ni含量低于0.5％，Ni元素基本固溶于焊缝中，不能形成Ni-Sn化合物，P元素含量低于0.2％时也无含P化合物，此时焊缝飞溅明显。当Ni含量在超过1％时，形成了过多的化合物导致材料的硬度偏高。Ni是高熔点元素，在锡中加入Ni可以形成Ni-Sn高熔点化合物。同样，P也可以与Sn-P化合物。这些化合物的存在可以增加MIG焊熔滴的熔程和粘度，降低锡基合金MIG焊时流动性，提高了MIG焊熔滴过渡时的稳定性，从而保证了焊缝质量及外观。由于P同时具有抗氧化作用，表面无黑色氧化物而具有金属光泽。当Ni含量低于0.65％时，通过提高P含量可以保持飞溅控制的效果；当Ni含量高于0.75％时，可适度降低P含量控制飞溅效果。

附图说明

图1为Sn11Sb6Cu巴氏合金/Fe熔覆层的金相图；

图2为本发明实施例1的锡基合金/Fe熔覆层；

图3为本发明实施例2的锡基合金/Fe熔覆层；

图4为Sn11Sb6Cu巴氏合金/Cu焊缝结合面；

图5为本专利实施例1的锡基合金/Cu焊缝结合面；

图6为实施例3的DSC分析曲线；

图7为Sn-11Sb-0.25Al的DSC分析曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种用于在钢基、铜基母材表面进行MIG焊的焊接材料，所述材料含有以下重量百分比的各组分：11％的锑(Sb)，0.10％的铝(Al)，0.70的镍(Ni)，0.30％的磷(P)，余量为锡(Sn)。

实施例2

一种用于堆焊以获得巴氏合金耐磨层的焊接材料，所述材料含有以下重量百分比的各组分：11％的锑(Sb)，0.23％的铝(Al)，0.70％的镍(Ni)，0.30％的磷(P)，余量为锡(Sn)。

实施例3

一种用于堆焊以获得巴氏合金耐磨层的焊接材料，所述材料含有以下重量百分比的各组分：11％的锑(Sb)，0.25％的铝(Al)，0.65的镍(Ni)，0.21％的磷(P)，余量为锡(Sn)。

将上述实施例1、2的合金以及常规的Sn11Sb6Cu巴氏合金分别在钢基母材表面进行MIG焊，其熔覆层的金相图如图1-3所示；从图2中可以看出，熔覆层组织中已经开始出现颗粒状的Al-Fe化合物；而图3(实施例2)中，组织中颗粒状的Al-Fe化合物增多，且已经开始形成少量的粗大针状相，该成分配比获得的焊缝组织与图1中使用的巴氏合金更接近。

将实施例1的合金与Sn11Sb6Cu巴氏合金在铜基母材表面进行MIG焊，将其焊缝放大1000倍，可以得到图4-5的金相图，可以看出，采用实施例1的合金，组织中多种化合物的颗粒都与巴氏合金有很大不同，组织更加细小均匀，焊缝过渡层更小。

将实施例3进行DSC分析曲线分析(图6)，可以看出，在高温区出现放热峰说明材料有高熔点相的生成，提高了材料熔滴的粘度，利于控制MIG焊飞溅；而将实施例3中的Ni和P去除，仅使用Sn-11Sb-0.25Al，其DSC分析曲线没有出现第二个放热峰，可见材料熔程范围小。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种锡基合金MIG焊材，其特征在于，包括锡，还包括以下重量百分比的各组分：4～12％的锑，0.1～0.5％的铝，0.6～1％的镍，0.2～0.5％的磷。

2.根据权利要求1所述的锡基合金MIG焊材，其特征在于，所述铝的质量百分含量为0.21～0.25％。

3.根据权利要求1或2所述的锡基合金MIG焊材，其特征在于，所述镍的质量百分含量为0.65～0.75％，并且磷的质量百分含量为0.25～0.35％。

4.一种钢基和/或铜基母材表面进行MIG焊的方法，其特征在于，使用权利要求1-3所述的锡基合金作为焊材。