CN116618884A - 铝锡药芯焊丝用的药芯、铝锡药芯焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝锡药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：5‑45％，氟化物：10‑25％，Cu：0.5‑2％，RE稀土元素：0.03‑1.0％,余量为Al及不可避免的杂质。本发明通过控制铝锡药芯焊丝用的药芯中氟化物的质量分数，在堆焊过程中，其可以吸附杂质、破除铝锡材料热熔结晶生成的氧化膜，从而达到铝锡合金可以连续均匀熔合以及铝锡合金与钢背或铝合金背的浸润性原子结合。采用具有本发明所述药芯的铝锡药芯焊丝进行堆焊后，其堆焊层的抗拉强度为90～100MPa。
Description
技术领域
本发明涉及焊接材料及方法技术领域，具体涉及铝锡药芯焊丝用的药芯、铝锡药芯焊丝及其制备方法。
背景技术
近年来，随着装备制造的快速发展，滑动轴承的需求量也快速增长，传统滑动轴承材料铜合金、巴氏合金，因为铜锡等有色金属资源的稀缺，使得滑动轴承的制造成本大幅增加，这种状况严重制约了滑动轴承行业的发展。寻找性能相当，或性能高于传统滑动轴承合金，并具有高性价比的新型滑动轴承合金材料是解决上述制约问题的研究方向。另外，传统的浇铸、轧制方法制作的滑动轴承加工成本高。相比较而言，采用堆焊技术堆焊性价比高于巴氏合金和铜合金的铝锡合金是滑动轴承制造的新途径。该方法设备简单，制作流程少，堆焊铝锡合金质量稳定，使用性能高于铜合金和巴士合金，综合成本低于铜合金和巴氏合金。可以满足相关企业降本增效的切实需求。
但是，长期以来钢背铝锡合金轴承材料只能使用浇铸、机械轧制。
基于上述情况，本发明提出了铝锡药芯焊丝用的药芯、铝锡药芯焊丝及其制备方法，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝锡药芯焊丝用的药芯、铝锡药芯焊丝及其制备方法，以解决现有技术中难以使用焊接方法实现钢背或铝合金背板熔覆堆焊铝锡合金材料的问题。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种铝锡药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：5-45％，氟化物：10-25％，，Cu：0.5-2％，RE稀土元素：0.03-1.0％,余量为Al及不可避免的杂质。
优选的，所述Sn为纯锡粉和纯锡线材中的至少一种或两种。
优选的，所述氟化物为氟铝酸钾、氟铝酸铯和氟铝酸铷中的至少一种或一种以上的混合物。
优选的，所述RE稀土元素为铈和钇中的至少一种或两种。
本发明还提供一种铝锡药芯焊丝，所述铝锡药芯焊丝包括铝制外皮和药芯；所述药芯为所述的铝锡药芯焊丝用的药芯。
优选的，所述铝制外皮为铝或铝合金。
优选的，所述铝合金由如下质量百分数的化学成分组成：Si：0.1-6％，Fe：0.15-0.35％，Cu：0.1-0.5％，Mn：0.05％，Mg：0.05％，Zn：0.1-0.2％，余量为Al及不可避免的杂质。
优选的，所述铝锡药芯焊丝中所述药芯占总质量的质量百分数为(填充率)为20-50％。
优选的，所述铝制外皮的厚度为0.3-0.6mm，所述铝锡药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
本发明还提供一种铝锡药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
1)分别称取所述铝锡药芯焊丝用的药芯的各原料组分；
2)将所述铝锡药芯焊丝用的药芯的各原料氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末混合均匀，通过送粉器定量将药芯粉末均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；或者所述铝锡药芯焊丝用的药芯的原料氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀，并将锡线材至于中心位置，通过送粉器定量将氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；
3)采用精密成型工艺将长条状的药芯条包裹在铝制外皮中；
4)再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述铝锡药芯焊丝。
本发明还提供一种基于铝锡药芯焊丝的焊接方法，包括如下：采用自动焊，在高纯氩气气体保护下，使用铝锡药芯焊丝对碳钢、合金钢或铝合金材质的滑动轴承工作面进行堆焊焊接，在连接面之间形成铝锡合金堆焊层；焊接电流为50-180A，焊接电压为15-25V，Ar气体流量为8-25L/min。
本发明的基于铝锡药芯焊丝的焊接方法经过堆焊后形成均匀的Al和Sn机械混合物合金组织，其间弥散着Cu质点和δ相Cu-Sn金属间化合物，氟化物作为助焊剂参与冶金反应后生成低熔点熔渣上浮在合金层表面。堆焊层的抗拉强度为90-100MPa。
所述铝锡药芯焊丝焊丝通过CMT熔化极氩弧焊或钨极氩弧焊将铝锡合金堆焊到碳钢、合金钢或铝合金材料上，通过调控焊丝直径和工艺参数得到具有很高结合强度的铝锡合金堆焊层，且形成稳定均匀的焊缝组织，保证了基体材料与堆焊层之间的质量，保证了铝锡合金的滑动摩擦性能。
优选的，所述自动焊为脉冲TIG自动焊或CMT-MIG自动焊。
优选的，所述堆焊焊接时母材温度为10-120℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明提供了一种铝锡药芯焊丝用的药芯、铝锡药芯焊丝及其制备方法，通过控制堆焊用焊丝药芯中氟化物的质量分数，在堆焊过程中，其可以吸附杂质、破除铝锡材料热熔结晶生成的氧化膜，从而达到铝锡合金可以连续均匀熔合以及铝锡合金与钢背或铝合金背的浸润性原子结合。另一方面，氟化物在冶金反应过程中吸附杂质，生成熔渣上浮到焊缝表面起到焊渣保护作用。同时，Si元素在冶金过程中强烈脱氧，极大的减少冶金过程中氧化锡的生成，氧化锡质点是铝锡合金中夹杂孔穴主要成因之一。采用本发明提供的焊丝进行堆焊后，其堆焊层的抗拉强度为90～100MPa。作为钢背增材堆焊轴承合金用铝锡药芯焊丝，保证300℃保温2小时热处理后，堆焊层铝锡合金晶粒细小，锡元素呈块状或团状均匀分布在铝基内，堆焊层表面无脱锡现象；并且焊接工艺性能良好，飞溅小，焊缝组织强化相与软基相分布均匀。该药芯焊丝合金***和助焊剂设计合理。焊丝堆焊的综合成本低。
本发明解决了长期以来钢背铝锡合金轴承材料只能使用浇铸、机械轧制的局限。开创了钢背铝锡合金轴承制造的新途径。本发明中的铝锡药芯焊丝采用CMT熔化极氩弧焊堆焊或钨极氩弧焊堆焊，可以使用手工钨极氩弧焊，堆焊小批量零件。也可以使用自动钨极氩弧焊堆焊大批量零件，同理可以使用手工CMT熔化极氩弧焊堆焊小批量零件，也可以使用自动CMT熔化极氩弧焊堆焊大批量零件。优选地，自动堆焊过程连续，减少了焊接接头，极大的提高了生产效率，且焊接质量好，节约能源，降低了综合成本。
在滑动轴承制造行业，为了降低成本、提高轴承整体刚性和强度、改善滑动面的耐磨、减磨、顺应、嵌藏性能，通常使用钢背复合轴承合金材料，既提高了轴承的整体刚性和强度，又保证了滑动面的耐磨、减磨、顺应、嵌藏性能。本发明是钢背滑动轴承材料制造的一种经济实用，质量可靠的新材料、新方法。
附图说明
图1为本发明实施例3提供的铝锡药芯焊丝堆焊后的堆焊层金相组织图。
图2为对比例1的一种钢背浇铸铝锡合金的金相组织图。
图3为本发明实施例3提供的铝锡药芯焊丝制造截面示意图。其中所示：①为铝或铝合金外皮，②为氟化物助焊剂+锡粉+铜粉+稀土粉末。
图4为本发明实施例2的铝锡药芯焊丝制造截面示意图。其中所示：①为铝或铝合金外皮，②为氟化物助焊剂+铜粉+稀土粉末，③为锡线材。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
本发明提供一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：5-45％，氟化物：10-25％，，Cu：0.5-2％，RE稀土元素：0.03-1.0％,余量为Al及不可避免的杂质。
其中，锡：锡在本发明实施例中是一种单质，可以通过加入锡粉或是锡线材方式加入。锡是滑动轴承合金材料中最重要的耐磨、减磨，顺应、嵌藏性能的金属材料，在本发明中锡的含量在5-45％，更进一步地锡的含量在10-25％，其摩擦性能好。
铜：铜在本发明实施例中是一种单质，铜作为强化相加入，固溶到铝中或与铝生成CuAl2，与锡生成Cu6Sn5强化相金属间化合物，可以提高合金的耐磨性能及抗疲劳强度。其含量定在0.5-2.0％之间，进一步地取0.8、1.2、1.6％三个水平。
氟化物：氟化物在本发明实施例中是氟化合物KAlF4、K3AlF6、CsAlF4、RbAlF4其中的至少一种。本发明中添加的氟化物是一种助焊剂，堆焊过程中起到去膜剂、润湿剂和覆盖剂的作用。其可以吸附杂质、破除铝锡材料热熔结晶生成的氧化膜，从而达到铝锡合金可以连续均匀熔合以及铝锡合金与钢背浸润性原子结合，另一方面，氟化物在冶金反应过程中吸附杂质，生成熔渣上浮到焊缝表面起到焊渣保护作用，防止空气中的O2、水蒸气对焊缝的氧化。在本发明中氟化物的含量在10-25％，优选地，氟化物的含量在15-20％。
RE稀土元素：稀土元素在本发明实施例中是几种稀土单质或其氧化物，作用在于熔池结晶阶段可以细化晶粒，减少柱状晶和二次枝状晶，改善晶粒形态，控制晶粒长大。其作用还在于对铝锡合金熔池的去氢和净化作用，改善熔池和熔渣的表面张力、流动性、粘度等理化性质，有利于非金属夹杂的球化，促进夹杂物上浮。在本发明中，RE稀土元素含量在0.03-1.0％，优选地，稀土元素的含量在0.05-0.7％。
进一步的，所述Sn为纯锡粉和纯锡线材中的至少一种或两种。
进一步的，所述氟化物为氟铝酸钾、氟铝酸铯和氟铝酸铷中的至少一种或一种以上的混合物。
进一步的，所述RE稀土元素为铈和钇中的至少一种或两种。
本发明还提供一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝包括铝制外皮和药芯；所述药芯为所述的铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯。
进一步的，所述铝制外皮为铝或铝合金。
另一方面，本发明实施例提供了所述铝合金由如下质量百分数的化学成分组成：Si：0.1-6％，Fe：0.15-0.35％，Cu：0.1-0.5％，Mn：0.05％，Mg：0.05％，Zn：0.1-0.2％，余量为Al及不可避免的杂质。
其中，焊丝外皮主要起到向焊缝中过渡各种合金元素的效果，且各成分效果与药芯中对应的成分效果相同，重复元素无需赘述。
硅：硅在本发明实施例中是一种单质，可以通过采购成品铝硅合金带材方式获得焊丝外皮中硅元素含量。Si是冶金过程中重要的脱氧剂，可以在熔池凝固过程中与熔池中的O元素化合成低熔点SiO2，随焊渣上浮于合金表面，Si同时也是焊缝金属重要的合金剂，可以降低焊缝金属的含氧量，提高焊缝金属的冲击韧性，但太高时则相反。多次试验确定Si含量在0.1-5％时，冲击韧性性能较好。
铁：铁元素在本发明实施例中是一种单质，可以通过采购成品铝合金带材方式获得焊丝外皮中铁元素含量，Fe元素在本发明实施例中起合金强化作用，但强化作用不明显，可以视为杂质元素，其含量控制在Fe0.15-0.35％。
锰：锰在本发明实施例中是一种单质，可以通过采购成品铝合金带材方式获得焊丝外皮中锰元素含量。Mn元素在本发明实施例中和Si元素起联合脱氧作用，可以在熔池凝固过程中与熔池中的O元素化合成低熔点MnO，并随焊渣上浮于合金表面。其含量控制在Mn0.05％左右。
镁元素在本发明实施例中是一种单质，可以通过采购成品铝合金带材方式获得焊丝外皮中镁元素含量，Mg元素在本发明实施例中与Zn元素形成强化相MgZn2，对铝锡合金中铝基起到强化作用，其含量控制在0.05％左右。
锌元素在本发明实施例中是一种单质，可以通过采购成品铝合金带材方式获得焊丝外皮中锌元素含量，Zn元素在本发明实施例中配合氟化物起到助焊剂作用，其次Zn元素和Mg元素形成强化相MgZn2，对铝锡合金铝基起到强化作用。其含量控制在0.1-0.2％。
进一步的，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝中所述药芯占总质量的质量百分数为(填充率)为20-50％。
进一步的，所述铝制外皮的厚度为0.3-0.6mm，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
再一方面，本发明实施例还提供了一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分别称取所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料组分；
2)将所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末混合均匀，通过送粉器定量将药芯粉末，即氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末，均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；或者所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的原料氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀，并将锡线材至于中心位置，通过送粉器定量将氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；
3)采用精密成型工艺将长条状的药芯条包裹在铝制外皮中；
4)再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝。
再一方面，本发明实施例还提供了一种基于铝锡合金堆焊用药芯焊丝的焊接方法，包括如下：采用自动焊，在高纯氩气气体保护下，使用铝锡合金堆焊用药芯焊丝对镀锌处理或者涂覆氯化锌涂层的碳钢、镀锌处理或者涂覆氯化锌涂层的合金钢或铝合金材质的滑动轴承工作面进行堆焊焊接，在连接面之间形成铝锡合金堆焊层；焊接电流为50-180A，焊接电压为15-25V，Ar气体流量为8-25L/min。
本发明的基于铝锡合金堆焊用药芯焊丝的焊接方法经过堆焊后形成均匀的Al和Sn机械混合物合金组织，其间弥散着Cu质点和δ相Cu-Sn金属间化合物，氟化物作为助焊剂参与冶金反应后生成低熔点熔渣上浮在合金层表面。堆焊层的抗拉强度为90-100MPa。
所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝焊丝通过CMT熔化极氩弧焊或钨极氩弧焊将铝锡合金堆焊到碳钢、合金钢或铝合金材料上，通过调控焊丝直径和工艺参数得到具有很高结合强度的铝锡合金堆焊层，且形成稳定均匀的焊缝组织，保证了基体材料与堆焊层之间的质量，保证了铝锡合金的滑动摩擦性能。
进一步的，所述自动焊为脉冲TIG自动焊或CMT-MIG自动焊。
进一步的，所述堆焊焊接时母材温度为10-120℃。
实施例1：
一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：25％，氟化物：18％，，Cu：1.75％，RE稀土元素：0.95％,余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述Sn为纯锡粉。
在本实施例中，所述氟化物为质量比1:1的氟铝酸钾、氟铝酸铯。
在本实施例中，所述RE稀土元素为铈。
在本实施例中，一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝包括铝制外皮和药芯；所述药芯为所述的铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯。
在本实施例中，所述铝制外皮为铝合金。
在本实施例中，所述铝合金(10mm×0.6mm的铝合金带)由如下质量百分数的化学成分组成：Si：4.8％，Fe：32％，Cu：0.45％，Mn：0.05％，Mg：0.05％，Zn：0.18％，余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝中所述药芯占总质量的质量百分数为(填充率)为45％。
在本实施例中，所述铝制外皮的厚度为0.6mm，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝的直径为2.0mm。
在本实施例中，一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分别称取所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料组分；
2)将所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末混合均匀，通过送粉器定量将氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末混合均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；
3)采用精密成型工艺将长条状的药芯条包裹在铝制外皮中；
4)再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝。
本发明还提供一种基于铝锡合金堆焊用药芯焊丝的焊接方法，包括如下：采用自动焊，在高纯氩气气体保护下，使用铝锡合金堆焊用药芯焊丝对45钢(45钢包括如下质量分数的化学成分：C0.42-0.50％，Si0.17-0.37％，Mn0.50-0.80％，Cr≤0.25％，Ni≤0.30％，Cu≤0.25％。)材质的滑动轴承工作面进行堆焊焊接，在连接面之间形成铝锡合金堆焊层；焊接电流为100A，焊接电压为24V，Ar气体流量为25L/min。
在本实施例中，所述自动焊为CMT-MIG自动焊。
在本实施例中，所述堆焊焊接时母材温度为15℃。
实施例2
一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：10％，氟化物：15％，，Cu：0.7％，RE稀土元素：1.0％,余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述Sn为纯锡粉。
在本实施例中，所述氟化物为氟铝酸铷。
在本实施例中，所述RE稀土元素为钇。
在本实施例中，一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝包括铝制外皮和药芯；所述药芯为所述的铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯。
在本实施例中，所述铝制外皮为铝合金。
在本实施例中，所述铝合金(10mm×0.6mm的铝合金带)由如下质量百分数的化学成分组成：Si：0.6％，Fe：0.22％，Cu：0.15％，Mn：0.05％，Mg：0.05％，Zn：0.12％，余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝中所述药芯占总质量的质量百分数为(填充率)为25％。
在本实施例中，所述铝制外皮的厚度为0.3mm，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝的直径为1.2mm。
在本实施例中，一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分别称取所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料组分；
2)将所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末混合均匀，通过送粉器定量将药芯粉末均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；
3)采用精密成型工艺将长条状的药芯条包裹在铝制外皮中；
4)再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝。
本发明还提供一种基于铝锡合金堆焊用药芯焊丝的焊接方法，包括如下：采用自动焊，在高纯氩气气体保护下，使用铝锡合金堆焊用药芯焊丝对20钢(20钢待堆焊表面为镀锌处理面，20钢包括如下质量分数的化学成分：C0.17-0.23，Si0.17-0.37，Mn0.35-0.65，P≤0.035，S≤0.035，Ni≤0.30，Cr≤0.15，Cu≤0.25。)材质的滑动轴承工作面进行堆焊焊接，在连接面之间形成铝锡合金堆焊层；焊接电流为峰值140A，基值60A,焊接电压为22V，Ar气体流量为15L/min。
在本实施例中，所述自动焊为CMT-MIG自动焊。
在本实施例中，所述堆焊焊接时母材温度为100℃。
实施例3
一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：20％，氟化物：15％，，Cu：1.0％，RE稀土元素：0.1％,余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述Sn为纯锡线材。
在本实施例中，所述氟化物为质量比1:0.37:0.44的氟铝酸钾、氟铝酸铯和氟铝酸铷。
在本实施例中，所述RE稀土元素为质量比1:0.78的铈和钇。
在本实施例中，一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝包括铝制外皮和药芯；所述药芯所述的铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯。
在本实施例中，所述铝制外皮(10mm×0.6mm的铝合金带)。
在本实施例中，所述铝合金由如下质量百分数的化学成分组成：Si：3.2％，Fe：0.25％，Cu：0.3％，Mn：0.05％，Mg：0.05％，Zn：0.16％，余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝中所述药芯占总质量的质量百分数为(填充率)为35％。
在本实施例中，所述铝制外皮的厚度为0.4mm，所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝的直径为1.6mm。
在本实施例中，一种铝锡合金堆焊用药芯焊丝的制备方法包括如下步骤：
1)分别称取所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的各原料组分；
2)所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝用的药芯的原料氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀，并将锡线材至于中心位置，通过送粉器定量将氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；
3)采用精密成型工艺将长条状的药芯条包裹在铝制外皮中；
4)再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述铝锡合金堆焊用药芯焊丝。
本发明还提供一种基于铝锡合金堆焊用药芯焊丝的焊接方法，包括如下：采用自动焊，在高纯氩气气体保护下，使用铝锡合金堆焊用药芯焊丝对45钢(45钢包括如下质量分数的化学成分：C 0.42-0.50％，Si 0.17-0.37％，Mn0.50-0.80％，Cr≤0.25％，Ni≤0.30％，Cu≤0.25％。)材质的滑动轴承工作面进行堆焊焊接，在连接面之间形成铝锡合金堆焊层；焊接电流为150A，焊接电压为17V，Al气体流量为20L/min。
在本实施例中，所述自动焊为CMT-MIG自动焊。
在本实施例中，所述堆焊焊接时母材温度为20℃。
实施例4：
一种铝锡药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：5％，氟化物：10％，，Cu：0.5％，RE稀土元素：0.03％,余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述Sn为纯锡粉。
在本实施例中，所述氟化物为氟铝酸钾。
在本实施例中，所述RE稀土元素为铈。
实施例5
一种铝锡药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：45％，氟化物：25％，，Cu：2％，RE稀土元素：1.0％,余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述Sn为纯锡粉。
在本实施例中，所述氟化物为氟铝酸铷。
在本实施例中，所述RE稀土元素为钇。
实施例6
一种铝锡药芯焊丝用的药芯，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：28％，氟化物：18％，，Cu：1.1％，RE稀土元素：0.65％,余量为Al及不可避免的杂质。
在本实施例中，所述Sn为纯锡线材。
在本实施例中，所述氟化物为质量比1:0.37:0.44的氟铝酸钾、氟铝酸铯和氟铝酸铷。
在本实施例中，所述RE稀土元素为质量比1:0.78的铈和钇。
对比例1
对比例1为从市场购买的钢背离心浇铸铝锡合金产品，其中：钢背为20钢，铝锡合金化学成分为：Sn20％，Cu1％,Al为余量。
对比例2
对比例2为从市场购买的钢背离心浇铸铝锡合金产品，其中：钢背为45钢，铝锡合金化学成分为：Sn20％，Cu1％,Al为余量。
根据ISO4386-2《滑动轴承双金属结合强度破坏性试验方法》对本实施例和对比例进行结合强度的测定，得到钢基体材料与铝锡合金层之间的结合强度，见表1：
表1、钢背堆焊铝锡合金和钢背浇铸铝锡合金结合力测量值：
由表1中的数据可知，实施例1提供的焊丝经过钢背堆焊后，获得的带有铝锡合金堆焊层的钢背和铝锡合金结合面结合强度平均为91-93MPa。实施例2提供的焊丝经过钢背堆焊后，获得的带有铝锡合金堆焊层的钢背和铝锡合金结合面结合强度平均为92-95MPa。实施例3提供的焊丝经过钢背堆焊后，获得的带有铝锡合金堆焊层的钢背和铝锡合金结合面结合强度平均为97-100MPa。
由表1中的数据可知，对比例1提供的成品钢背浇铸铝锡合金的结合面结合强度平均为焊丝经过钢背堆焊后，获得的带有铝锡合金堆焊层的钢背和铝锡合金结合面结合强度平均为90-92MPa。对比例2提供的成品钢背浇铸铝锡合金的结合面结合强度平均为焊丝经过钢背堆焊后，获得的带有铝锡合金堆焊层的钢背和铝锡合金结合面结合强度平均为90-94MPa。
本发明提供了一种铝锡药芯焊丝用的药芯、铝锡药芯焊丝及其制备方法，通过采用铝或铝合金带材添加助焊剂、锡粉或锡线材、铜粉粉和稀土粉末的方式，采用精密成型工艺将药芯包裹在铝或铝合金带中，再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述药芯焊丝。解决了铝锡合金长期以来无法制备焊丝的问题。通过助焊剂、稀土元素、氩气和母材镀锌等工艺的多重作用，解决了钢背堆焊铝锡合金不熔合的问题。经过反复试验验证，采用本发明提供的焊丝进行堆焊后，其堆焊层的抗拉强度为90～100MPa。作为钢背增材堆焊轴承合金用铝锡药芯焊接材料，保证300℃保温2小时热处理后，堆焊层铝锡合金晶粒细小，锡元素呈块状或团状均匀分布在铝基中，堆焊层表面无脱锡现象；并且焊接工艺性能良好，飞溅小，焊缝组织强化相与软基相分布均匀。本发明的焊丝堆焊综合成本低于离心浇铸的成本，且金相组织和力学性能均优于离心浇铸。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铝锡药芯焊丝用的药芯，其特征在于，所述药芯由如下质量百分数的化学成分组成：Sn：5-45％，氟化物：10-25％，，Cu：0.5-2％，RE稀土元素：0.03-1.0％,余量为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铝锡药芯焊丝用的药芯，其特征在于，所述Sn为纯锡粉和纯锡线材中的至少一种或两种。
3.根据权利要求1所述的铝锡药芯焊丝用的药芯，其特征在于，所述氟化物为氟铝酸钾、氟铝酸铯和氟铝酸铷中的至少一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的铝锡药芯焊丝用的药芯，其特征在于，所述RE稀土元素为铈和钇中的至少一种或两种。
5.一种铝锡药芯焊丝，其特征在于，所述铝锡药芯焊丝包括铝制外皮和药芯；所述药芯为权利要求1至4任一项所述的铝锡药芯焊丝用的药芯。
6.根据权利要求5所述的铝锡药芯焊丝，其特征在于，所述铝制外皮为铝或铝合金。
7.根据权利要求6所述的铝锡药芯焊丝，其特征在于，所述铝合金由如下质量百分数的化学成分组成：Si：0.1-6％，Fe：0.15-0.35％，Cu：0.1-0.5％，Mn：0.05％，Mg：0.05％，Zn：0.1-0.2％，余量为Al及不可避免的杂质。
8.根据权利要求5所述的铝锡药芯焊丝，其特征在于，所述铝锡药芯焊丝中所述药芯占总质量的质量百分数为(填充率)为20-50％。
9.根据权利要求5所述的铝锡药芯焊丝，其特征在于，所述铝制外皮的厚度为0.3-0.6mm，所述铝锡药芯焊丝的直径为1.2-2.0mm。
10.一种如权利要求5至9任一项铝锡药芯焊丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)分别称取所述铝锡药芯焊丝用的药芯的各原料组分；
2)将所述铝锡药芯焊丝用的药芯的各原料氟化物助焊剂、锡粉、铜粉、稀土粉末混合均匀，通过送粉器定量将药芯粉末均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；或者所述铝锡药芯焊丝用的药芯的原料氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀，并将锡线材至于中心位置，通过送粉器定量将氟化物助焊剂、铜粉、稀土粉末混合均匀送入药芯焊丝产线的铝带挤压变形工序，U型槽内，铝带通过不同定型滚轮传送带，由平面板变形为弧面板、U形槽、直至变形为O形管状焊丝，焊丝的药芯被包裹在管状焊丝内；
3)采用精密成型工艺将长条状的药芯条包裹在铝制外皮中；
4)再通过精拉减径、表面处理和密排层绕制成所述铝锡药芯焊丝。
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