焊铝薄板用部分凝固焊料及制作方法

摘要

焊接铝合金薄板所用的部分凝固焊料及制作方法，采用特定方法将有凝固温度间隔的二元或多元铝合金制成部分凝固焊料。制作方法是将温度在合金液相线以上50～150℃的合金熔体倾入搅拌器中冷却，在氩气保护下形成部分凝固焊料，它可以减少用以抗裂的钛、钒等元素含量，也可放宽对铁等杂质含量的限制，在熔焊和钎焊中都有明显的优点。它可用于厚度小于0.5mm的铝合金薄板及构架或箱体的焊接。

说明书

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本发明是一种用于铝合金薄板焊接的焊料，属于金属焊接中的铝合金焊接技术领域。

在铝合金薄板的焊接中，通常采用以铝为基的合金焊料。由于焊料与母材性质相近和性能良好，因而被广泛使用。由于铝合金易于氧化和吸气，焊接中常需采用保护性气氛和助焊剂。为了改善铝合金薄板的焊接性能，一般采用脉冲氩弧焊等焊接工艺，或者采用在焊料合金中加入钛、钒、锆等成分的方法。现有铝合金薄板焊接中，一般只能焊接厚度大于0.5mm的铝合金薄板，而且容易烧穿母材、焊缝性能不佳、焊料成本较高。

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于铝合金薄板焊接的部分凝固合金焊料及其制作方法，它特别适用于厚度小于0.5mm的铝合金薄板的焊接。

一般有凝固温度间隔的二元或多元合金，已较好地用于铝合金焊接。本发明的特点是采用特定的方法，将有凝固温度间隔的二元或多元合金制成部分凝固合金的焊料。它可以减少原来合金成分中用以避免开裂的钛（Ti）、硼（B）等合金元素，也可以使采用共晶型合金以减低熔化温度或钎接温度的合金焊料的成分向亚共晶范围变化。部分凝固合金焊料由以下方法制成：

1.采用常规的铝合金焊料熔炼方法进行配料及焊料熔炼，当除渣后的焊料熔体温度为合金液相线以上50°～150℃时，将其缓慢倾入温度处于焊料合金液相线温度以上的搅拌器容腔（2）中。

2.通过搅拌器的导管（4）注入氩气，其流量为20升/分左右。搅拌器的搅拌浆叶（5）的升角为5°～25°，转动速度为（50～1000）转/分。

3.焊料温度下降到其合金液相线温度以下时，焊料开始在流动中凝固。当凝固的固相数量达到（30～50）%时，等温搅动10～30分钟，然后升温5°～10℃，3～10分钟后容腔中的熔体就是部分凝固合金焊料。部分凝固合金熔体中已凝固的固相呈粒状悬浮在尚未凝固的液相之中。由于凝固溶质分凝，液相中有助于焊接过程进行的合金元素浓度明显高于焊料合金的名义合金元素成分。

为了得到完全固态的合金焊料，将搅拌器容腔中的部分凝固合金焊料快速冷却到室温，其冷却速度大于10℃/分。固态合金焊料的显微组织以粒状固相为主，粒状固相之间有放射状共晶组织。焊料成分中的铁杂质所形成的化合物，呈小块状分布于粒状固相之间。固态合金焊料可以切割成条状，制成焊料棒或焊丝。

铝合金薄板以及由其制成的构架和箱体容器，在国民经济的各个部门中都有着广泛的应用。本发明无论在熔焊还是钎焊中都具有明显的优点。在用于铝合金薄板（件）的熔焊时，只要当焊区温度达到相当于焊料合金固相数量为30～50%的温度，焊料就可转变成流动状态，在与铝合金薄板（件）的接触中实现焊接作用。而一般铝合金焊料必需要加热到几乎全液态的温度下，才能流动充填、进行焊接。这样，它们从固态转变为流动体的温度范围较小，常使焊接工人难于掌握造成母材烧穿或严重变形。本发明的焊料用作熔焊填料时，可以对厚度小于0.5mm的铝合金薄板进行熔焊，手工气焊的焊接温度容易控制，减少母材烧穿现象的发生;焊接处为粒状显微组织，凝固应力小，减少开裂现象，提高焊接处的致密度;需加入的抗裂元素（例如钛、钒等）含量可明显减少，对铁等杂质含量的限制可以放宽，使焊料合金成本降低。在用于铝合金薄板（件）的钎焊时，只要焊区温度达到相当于焊料合金固相数量为30～50%的温度内，焊料棒端便由软化为流动状态。由于部分凝固下的焊料具有触变性，焊料在焊接处易堆积成形;在棒端与母材接触移动时，增加棒端焊料的流动性能，使焊料覆盖焊接处表面。它有利于采用最经济和实用的手工方法修补铝合金薄板（件）上的洞缺;由于焊料钎接温度较低，自身氧化小，也有利于焊接处氧化物的清除;有利于扩大现有高温软钎料的合金成份范围，可以采用亚共晶合金作为钎料，在共晶温度下实现钎接。

附图为搅拌器结构示意图。

本发明可采用如下方案实施：

对防锈铝（LF₅）制成的薄板（件）进行熔焊，可采用国产SAlMg₅（JB2737-80）的焊丝合金成分，来制造部分凝固合金焊料。SAlMg₅按常规焊料熔炼方法，除渣后使焊料熔体温度降为700℃，再缓慢倾入搅拌器的容腔（2）中。搅拌器容腔（2）事先由加热炉（1）预热到650℃，搅拌浆叶（5）的升角为15°，转动速度为300转/分。焊料合金熔体（6）以小于2℃/分的速度冷却到凝固固相达到40%时，等温搅动15分钟，然后升温10℃，5分钟后快速冷却到室温，冷却速度大于10℃/分，再将其切割成杆或丝。当焊区温度达到610℃时，焊料由软化明显转成流态，在630℃以下完成焊接。其焊接温度低于需焊的防锈铝（LF₅）的熔化温度（液相线温度），因而有利于控制焊接铝合金薄板工艺，防止烧穿。

对防锈铝（LF₅）制成的薄板（件）进行钎焊，可采用锌（85%）-铝（15%）为主要合金元素的合金制作部分凝固合金焊料。按常规锌（Zn）-铝（Al）合金钎料熔炼方法除渣后，使焊料熔体温度降为600℃时，缓慢倾入搅拌器容腔（2）中。容腔（2）事先预热到550℃，搅拌浆叶（5）的升角为15°，转动速度为500转/分。当焊料熔体以小于2℃/分的速度冷却到凝固固相达40%时，等温搅动15分钟，然后升温10℃，5分钟后以大于10℃/分的速度快速冷却到室温，再将其切割成杆或丝。在钎焊中，当温度达到380℃左右的共晶温度时，明显转化为流态。焊接的最低温度与现有的Zn-（0～10）%Al合金钎料相同。通过调整钎接温度范围，可以用来修补铝合金薄板（LF₅）（件）上的洞缺。

本发明焊料可以减少现有焊料中的钛、钒等元素的成分，可以降低对铁等杂质元素的限制。例如SAlMg₅Ti中钛（Ti）的成分可以由（0.02～0.2）%减到（0.02～0.05）%，对铁的限制由小于1%放宽到小于2%。

本发明所采用的搅拌器由加热炉（1）、容腔（2）、测温热电偶（3）、通氩气的导管（4）、搅拌浆叶（5）所组成，搅拌浆叶（5）的升角为5°～25°。