CN115255709A - 具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法及药芯钎料环 - Google Patents

具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法及药芯钎料环 Download PDF

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Abstract

本发明属于药芯钎料领域，具体涉及具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法及药芯钎料环。该药芯钎料环的制备方法包括：(1)在第一钎料带上沿长度方向开设多个间隔排列的钎剂导流孔；(2)第一钎料带、第二钎料带上下叠轧，形成具有两层钎料结构的复合钎料皮；(3)将所述复合钎料皮加工成U型带，将芯部钎剂送入U型带的凹口内并进行搭接合口，形成搭接缝药芯焊丝；(4)将所述药芯焊丝卷制成药芯钎料环；(5)在药芯钎料环上涂覆钎剂保护层。钎焊时，第二钎料带熔化并将钎剂导流孔让开，进而通过周向布置的多个钎剂导流孔引导钎剂在整个周向上铺展润湿，从而改善药芯钎料环在整个周向上的钎焊效果。

Description

具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法及药芯钎料环
技术领域
本发明属于药芯钎料领域，具体涉及具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法及药芯钎料环。
背景技术
钎料钎剂复合的药芯性钎料是近几年发展起来的一种新型结构的钎料，该类型钎料在钎焊过程中实现了钎料在母材上定时、定位、定量、定温、定向润湿，符合绿色制造和智能制造的发展方向。
药芯钎料的基本结构包括钎料外皮和钎剂内芯，制作时使用钎料皮包裹钎剂制成对接缝、搭接缝或无缝结构的复合钎料。药芯钎料通过卷制成环，即可形成具有对接口(断口)的药芯钎料环。这类药芯钎料环适用于不同管径的圆管件的连接，使用时，两根圆管件插合，将药芯钎料环置于插合间隙处，经加热焊接即可实现不同管径的圆管件的钎焊连接。由于采用药芯钎料环形式可以实现钎剂的自动、协同添加，结合自动化钎焊技术的发展，使药芯钎料环在空调、冰箱等制冷行业得到了广泛地应用。
如图1所示，现有药芯钎料环100使用的主要问题在于，钎焊时钎剂300受热后会分解熔化并产生气体，由于对接缝、搭接缝的缝隙较小阻力较大，在气体的推动下熔化的钎剂将主要从阻力较小的对接口200(断口)跑出，从而造成待焊基体的周向上没有钎剂铺展，不能去除基体周向上的氧化膜，也不能促使钎料沿周向流铺。这会进一步造成药芯钎料环对接口处钎剂过多，其他部位基本没有钎剂且钎料基本不润湿不填缝，钎着率极低，最终造成焊接失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，所得药芯钎料环能够改善钎剂的周向铺展润湿效果，使钎料在整个周向上的钎焊效果得到改善。
本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的药芯钎料环。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，包括以下步骤：
(1)在第一钎料带上沿长度方向开设多个间隔排列的钎剂导流孔；
(2)第一钎料带、第二钎料带上下叠轧，形成具有两层钎料结构的复合钎料皮；
(3)将所述复合钎料皮加工成第一钎料带位于内侧的U型带，将芯部钎剂送入U型带的凹口内并进行搭接合口，形成搭接缝药芯焊丝；
(4)将所述药芯焊丝卷制成药芯钎料环；
(5)在药芯钎料环上涂覆钎剂保护层；
钎焊时，所述钎剂保护层、第二钎料带、芯部钎剂、第一钎料带按次序熔化，所述第二钎料带熔化后让开钎剂导流孔，引导芯部钎剂由钎剂导流孔流出；所述第二钎料带、第一钎料带钎焊时形成合金化钎料。
本发明的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，产品在生产、运输、储存时，第二钎料带将第一钎料带上的钎剂导流孔封堵，避免出现漏料；钎焊时，第二钎料带熔化并将钎剂导流孔让开，进而通过周向布置的多个钎剂导流孔引导钎剂在整个周向上铺展润湿，从而改善药芯钎料环在整个周向上的钎焊效果。
所述钎剂导流孔的直径为d，药芯焊丝的内径为D，d满足：0.3D≤d≤0.7D；钎剂导流孔的孔边距为d边，d边满足：4d≤d边≤6d。钎剂导流孔的直径按以上方式设计，可以以起到防止焊接过程中焊环发生窜动的作用。焊接时，钎剂受热分解，产生的气体将主要从端口部位跑出，其气压较大，在不平衡气压的推动作用下焊环将向上移动。开设以上尺寸的导流孔后，一方面泄压口增多，可以减小气压，另一方面可以焊剂导流孔沿周向的均匀分布，可以使气压沿周向均匀分散，所以可以防止焊环发生窜动，保证焊接质量。孔径d如果过小将导致加工难度增大，且钎剂流出、泄压受阻，孔径如果过大会导致钎料环加工难度增大。孔边距d边如果太小将导致钎料环加工难度大，孔边距如果太大，将导致钎剂不能很好地流铺在无孔区域，即相邻两个孔流出的钎剂不能在无孔区域很好地汇合。
优选地，所述第一钎料带为银基钎料或铜基钎料，所述第二钎料带选自Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb中的一种或两种以上组成的低熔点合金。银基钎料可以为银铜锌系钎料、银铜锡系钎料、银铜锌锡系钎料、银铜锌镉系、银铜锌镍系钎料。具体地可以为BAg35CuZn、BAg40CuZn、BAg45CuZn、BAg40CuZnSn、BAg35CuZnSn、BAg30CuZnSn、BAg25CuZnSn、BAg18CuZnSn、BAg20CuZnCd、BAg25CuZnCd、BAg40CuZnNi、BAg25CuZnNiMn等。铜基钎料可以为铜锌系钎料或铜磷系钎料。具体地可以为BCu60Zn、BCu60ZnSn、BCu54Zn、BCu92P、BCu94P、BCu88PAg等。低熔点合金可以为Sn-In、Sn-Ga、Sn-Bi或Sn-Bi-In等。在实际钎料制作过程中，如果直接向第一钎料带中加入第二钎料带涉及的低熔点金属，当低熔点金属的含量超过1％后会形成脆性化合物，塑性会大大降低，这样在钎料带的后续加工环节，如拉拔、弯曲等环节中，钎料带的加工性能会变差，出现断带、开裂等问题，钎料将很难成形。而将这些低熔点金属制成单独的第二钎料层，在保证同样能够形成扩散合金化钎料、改善钎料润湿性能的基础上，还可改善第一钎料带的成型性能，降低加工难度，提高工业生产的成品率。
进一步地，第一钎料带、第二钎料带组成的所述复合钎料皮中第二钎料带的质量百分比为6～20％。按照此种方法，不仅可以制作出具有钎剂导流作用的药芯钎料环，而且能够制作出高锡、高铟等低熔速流型药芯钎料环，进而可以进一步改善钎料环的润湿性能，提高钎料的填缝性，保证钎焊质量。
优选地，所述钎剂保护层为松香基助焊剂；所述芯部钎剂由以下质量分数的组分组成：K2[(OH)F4B3O3]50-70％、氟硼酸钾10-20％、四硼酸钾10-20％、硼砂5-20％。以松香基助焊剂可以起到保护第二钎料层的作用。芯部钎剂采用不吸潮的K2[(OH)F4B3O3]成分，其由氟氢化钾与硼酸反应制得，能够有效防止钎剂吸潮，同时通过与氟硼酸钾、四硼酸钾、硼砂的配合，能够进一步优化钎剂的去膜和保护效果。
所述药芯钎料环具有对接口和位于对接口处的两个对接端，所述对接端具有开口和接近开口逐渐收缩的收口结构，所述开口的直径大于钎剂导流孔的半径，小于导流孔的直径。对接端采用收口结构，可以进一步减少钎剂由对口端流出，增大钎剂由钎剂导流孔的流出量，从而进一步优化钎剂在整个周向上的铺展效果。开口按照此种方式设计，既可以保证药芯钎料环对接端有适量的钎剂流出，保证对接端钎料的润湿填缝性，同时也可以提高对接端的阻力，防止钎剂大量从对接端流出，使钎剂均匀地从导流孔流出。
本发明的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的技术方案是：
包括药芯焊丝卷制形成的环体，所述药芯焊丝包括具有两层钎料结构的复合钎料皮和包裹在所述复合钎料皮内的钎剂内芯，所述复合钎料皮包括内外复合的第一钎料层、第二钎料层，第一钎料层、第二钎料层形成所述两层钎料结构，所述复合钎料皮具有搭接缝；所述第一钎料层上沿药芯钎料环的成环方向上间隔开设有多个钎剂导流孔；所述复合钎料皮外涂覆有钎剂保护层；
钎焊时，所述钎剂保护层、第二钎料带、芯部钎剂、第一钎料带按次序熔化，所述第二钎料带熔化后让开钎剂导流孔，引导芯部钎剂由钎剂导流孔流出；所述第二钎料带、第一钎料带钎焊时形成合金化钎料。
本发明的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，改善钎剂在周向上的铺展润湿效果，优化在整个周向方向上的钎焊连接效果，保证药芯钎料环使用的稳定性和可靠性。采用以上导流孔的结构设计，可引导钎剂流向两待焊接工件的插接位置，进一步改善钎剂的浸润效果。
优选地，所述环体包括第一钎料层形成的内环，所述钎剂导流孔设置在所述内环的环内侧和/或环下侧。
优选地，所述第一钎料带为银基钎料或铜基钎料，所述第二钎料带选自Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb中的一种或两种以上组成的低熔点合金。
优选地，所述药芯钎料环具有对接口和位于对接口处的两个对接端，所述对接端具有开口和接近开口逐渐收缩的收口结构。进一步优选地，所述开口的直径大于所述钎剂导流孔的半径，小于所述钎剂导流孔的直径。
附图说明
图1为现有技术中药芯钎料环的使用效果图；
图2为本发明实施例2的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的剖面图；
图3为实施例2中第一钎料层的结构示意图；
图4为本发明实施例3的药芯钎料环的第一钎料层的结构示意图；
其中，100-药芯钎料环；200-对接口；300-钎剂；1-复合钎料皮；11-第一钎料层；12-第二钎料层；2-芯部钎剂；3-钎剂保护层；4-钎剂导流孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施过程进行详细说明。
一、本发明的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法的具体实施例
实施例1
本实施例的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备第一钎料带和第二钎料带。第一钎料带为BAg35CuZn钎料，厚度为0.3mm；第二钎料带为Sn层，厚度为0.05mm。
(2)沿第一钎料带的长度方向进行激光打孔，在第一钎料带上形成沿长度方向间隔排列的圆形孔，圆形孔位于钎料带宽度方向的中部，钎料带的宽度为9mm，圆形孔的直径d为1.2mm，相邻圆形孔之间的孔边距d边为6mm，圆形孔构成钎剂导流孔。在中部位置开孔，便于钎剂导流孔的定位加工，同时能够减少后续卷制药芯焊丝和制环时钎料带边部出现开裂。
采用激光打孔具有热影响区小、精度高、速度快等优点，可以有效提高加工精度和效率，减少对钎料皮的热影响，保证生产质量。
(3)将第一钎料带、第二钎料带进行叠轧形成复合钎料皮。第一钎料带与第二钎料带组成的钎料皮中第二钎料带的质量百分比为12％。
(4)将复合钎料皮制成U型带，然后将芯部钎剂送入U型带的凹口内并进行搭接合口，形成搭接缝药芯焊丝。搭接缝药芯焊丝的内径D为2.5mm。
芯部钎剂由以下质量分数的组分组成：K2[(OH)F4B3O3]70％、氟硼酸钾10％、四硼酸钾10％、硼砂10％。K2[(OH)F4B3O3]按公告号为CN110744222B的中国发明专利所记载的方法进行制备。将K2[(OH)F4B3O3]、氟硼酸钾、四硼酸钾、硼砂混合均匀即可用于填粉。
(5)将药芯焊丝卷制成药芯钎料环，然后将药芯钎料环置于膏状的松香基助焊剂中，取出即可。
松香基助焊剂采用市售常规品种。在其他实施情形下，也可按现有技术进行制备。
在本实施例的基础上，第一钎料层可以为BAg40CuZn、BAg45CuZn、BAg40CuZnSn、BAg35CuZnSn、BAg30CuZnSn、BAg25CuZnSn、BAg18CuZnSn、BAg20CuZnCd、BAg25CuZnCd、BAg40CuZnNi、BAg25CuZnNiMn等常规银基钎料，第二钎料层可以为Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb、Sn-In合金、Sn-Ga合金、Sn-Bi合金、Sn-Bi-In合金等，均可起到相应的合金化钎料作用。
实施例2
本实施例的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：钎剂导流孔的直径d为1.5mm；第一钎料带为BAg45CuZn，厚度为0.5mm；第二钎料带为In，厚度为0.04mm；复合钎料皮中第二钎料带的质量百分比为6％。
实施例3
本实施例的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，与实施例1的不同之处在于：钎剂导流孔的直径d为1mm；第一钎料带为BCu60ZnSn，厚度为0.3mm；第二钎料带为Sn，厚度为0.1mm；复合钎料皮中第二钎料带的质量百分比为20％。
二、本发明的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的具体实施例
实施例4
本实施例的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，为实施例1的方法所得制品，其结构示意图如图2所示，包括具有两层钎料结构的复合钎料皮1、芯部钎剂2和钎剂保护层3。
复合钎料皮1包括内外复合的第一钎料层11、第二钎料层12，第一钎料层11、第二钎料层12轧制复合成一体结构。如图3所示，在第一钎料层11上沿药芯钎料环的成环方向上间隔开设有多个圆形钎剂导流孔4，与第一钎料层11的尺寸一致的第二钎料层12在复合第一钎料层11后，将钎剂导流孔4封堵。复合钎料皮为搭接缝结构，钎剂导流孔4开设在第一钎料层所成环体的底壁上，引导钎焊时钎剂向插接口的深处铺展。在其他实施情形下，钎剂导流孔4可以开设在第一钎料层所成环体的内侧壁上，引导钎焊时钎剂流向两待焊工件的插接位置。
对接缝药芯钎料在卷制过程中非常容易出现漏粉情况，采用搭接缝结构可有效克服卷制过程中的漏粉问题。钎剂保护层3包覆在复合钎料皮的外表面上，钎剂保护层3为松香基助焊剂。
实施例5
本实施例的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，与实施例4的结构基本相同，区别仅在于，复合钎料皮在对接口处的对接端为收口结构，第一钎料层的结构图如图4所示，两个对接端具有开口和接近开口逐渐收缩的收口结构。
开口的直径大于钎剂导流孔的半径，小于钎剂导流孔的直径。开口尺寸按以上设计，既可以保证药芯钎料环对接端有适量的钎剂流出，保证对接端钎料的润湿填缝性，同时也可以提高对接端的阻力，防止钎剂大量从对接端流出，使钎剂均匀地从导流孔流出。
三、实验例
为考察实施例提供的药芯钎料环与图1中传统药芯钎料环的钎焊效果，采用实施例1的药芯钎料环与传统药芯钎料环分别钎焊紫铜管-黄铜管座，其中传统药芯钎料的钎料皮为BAg35CuZn钎料，宽度为9mm，芯部钎剂与实施例1相同，焊后锯开，观察焊缝的填缝情况，并估算钎缝钎着率(在刨切面上，有效填缝长度/名义填缝长度)，有效填缝长度为实际钎料的填缝长度，名义填缝长度为理论需要的填缝长度，如表1所示。
表1不同药芯钎料环填缝情况
Figure BDA0003834829100000061
由表1可知，本发明实施例提供的药芯钎料环由于钎剂导流孔的作用，能够使钎剂沿管件的周向流铺，进而能够使钎料沿周向均匀填缝，钎着率显著提升。另外，传统药芯钎料环在钎焊时发生明显窜动，加剧了钎剂铺展的不均匀性，导致焊接效果的稳定性下降。而本发明实施例提供的药芯钎料环无窜动现象发生。

Claims (10)

1.具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在第一钎料带上沿长度方向开设多个间隔排列的钎剂导流孔；
(2)第一钎料带、第二钎料带上下叠轧，形成具有两层钎料结构的复合钎料皮；
(3)将所述复合钎料皮加工成第一钎料带位于内侧的U型带，将芯部钎剂送入U型带的凹口内并进行搭接合口，形成搭接缝药芯焊丝；
(4)将所述药芯焊丝卷制成药芯钎料环；
(5)在药芯钎料环上涂覆钎剂保护层；
钎焊时，所述钎剂保护层、第二钎料带、芯部钎剂、第一钎料带按次序熔化，所述第二钎料带熔化后让开钎剂导流孔，引导芯部钎剂由钎剂导流孔流出；所述第二钎料带、第一钎料带钎焊时形成合金化钎料。
2.如权利要求1所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，其特征在于，所述钎剂导流孔的直径为d，药芯焊丝的内径为D，d满足：0.3D≤d≤0.7D；钎剂导流孔的孔边距为d边，d边满足：4d≤d边≤6d。
3.如权利要求1所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，其特征在于，所述第一钎料带为银基钎料或铜基钎料，所述第二钎料带选自Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb中的一种或两种以上组成的低熔点合金。
4.如权利要求3所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，其特征在于，第一钎料带、第二钎料带组成的所述复合钎料皮中第二钎料带的质量百分比为6～20％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环的制备方法，其特征在于，所述钎剂保护层为松香基助焊剂；所述芯部钎剂由以下质量分数的组分组成：K2[(OH)F4B3O3]50-70％、氟硼酸钾10-20％、四硼酸钾10-20％、硼砂5-20％。
6.一种具有钎剂导流作用的药芯钎料环，其特征在于，包括药芯焊丝卷制形成的环体，所述药芯焊丝包括具有两层钎料结构的复合钎料皮和包裹在所述复合钎料皮内的钎剂内芯，所述复合钎料皮包括内外复合的第一钎料层、第二钎料层，第一钎料层、第二钎料层形成所述两层钎料结构，所述复合钎料皮具有搭接缝；所述第一钎料层上沿药芯钎料环的成环方向上间隔开设有多个钎剂导流孔；所述复合钎料皮外涂覆有钎剂保护层；
钎焊时，所述钎剂保护层、第二钎料带、芯部钎剂、第一钎料带按次序熔化，所述第二钎料带熔化后让开钎剂导流孔，引导芯部钎剂由钎剂导流孔流出；所述第二钎料带、第一钎料带钎焊时形成合金化钎料。
7.如权利要求6所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，其特征在于，所述环体包括第一钎料层形成的内环，所述钎剂导流孔设置在所述内环的环内侧和/或环下侧。
8.如权利要求6所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，其特征在于，所述第一钎料带为银基钎料或铜基钎料，所述第二钎料带选自Sn、In、Ga、Bi、Sb、Pb中的一种或两种以上组成的低熔点合金。
9.如权利要求6-8中任一项所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，其特征在于，所述药芯钎料环具有对接口和位于对接口处的两个对接端，所述对接端具有开口和接近开口逐渐收缩的收口结构。
10.如权利要求9所述的具有钎剂导流作用的药芯钎料环，其特征在于，所述开口的直径大于所述钎剂导流孔的半径，小于所述钎剂导流孔的直径。
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