铜-铝电弧焊接用锌基焊丝及其制备方法

专利2025-03-13  26


本发明属于金属材料领域,具体涉及铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,还涉及铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法。


背景技术:

1、在我国,铜的资源性短缺和近几年铜价的居高不下,促使科技工作者寻求铜的替代品。在已发现的金属中,铝的导电性和导热性仅次于银、铜、金,而居于第四位。铜在地壳中的含量(质量分数)为0.01%,而铝的含量高达8%,且铝的密度比铜小的多,以铝代铜能够显著降低部件的重量。因此,以铝代铜的研究和应用具有广泛的前景和深远的意义。在以铝代铜的应用中,铝-铜异种材料的连接方式是必不可少的。

2、铝与铜之间的焊接时,由于铝、铜材料自身的强烈氧化性,使得焊接比较困难。铝无论固态或液态都极易氧化,铝和铜之间易形成脆性金属间化合物,降低接头的力学性能。另外,由于铝、铜之间的热物理性能差异比较大,给铜-铝异种材料焊接带来较大困难。


技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,该焊丝熔点低,配合多种元素的调控,能够有效控制铜-铝接头的脆性相含量,从而保证铝-铜高质量连接。

2、本发明的第二个目的是提供铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法。

3、本发明所采用的第一个技术方案是,铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比包括如下成分:sn粉40.0~45.0%,bi粉20.0~25.0%,in粉10.0~15.0%,ag粉为5.0~10.0%,ceo2粉0.5~1.0%,其余为zn粉。

4、本发明的特征还在于:

5、各个药芯粉末的纯度均≥99.9%;各个药芯粉末的粒度均为100~200目。

6、焊皮为zn带,厚度0.4mm,宽度7mm。

7、药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30wt%~33wt%。

8、本发明所采用的第二个技术方案是,铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法,具体步骤如下:

9、步骤1:按质量百分比分别称取sn粉40.0~45.0%,bi粉20.0~25.0%,in粉10.0~15.0%,ag粉为5.0~10.0%,ceo2粉0.5~1.0%,其余为zn粉;

10、步骤2:将步骤1称取的各个药粉置于真空加热炉内加热,加热温度为100℃~120℃,保温时间为1h~2h,去除药粉中的结晶水;将烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合,混合时间为30min~40min;

11、步骤3:采用酒精去除zn带表面的油脂,通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的混合药粉包裹在zn钢带内,第一道拉拔模具孔径为2.6mm;

12、步骤4:第一道工序拉拔完毕后,将模具孔径依次减少,最终获得直径1.2mm的药芯焊丝;

13、步骤5:药芯焊丝拉拔完毕后,经绕丝机缠绕在焊丝盘上,最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。

14、本发明的特征还在于:

15、步骤1中,各个药芯粉末的纯度均≥99.9%;各个药芯粉末的粒度均为100~200目。

16、步骤3中,zn带为焊皮,厚度0.4mm,宽度7mm。

17、步骤3中,药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30wt%~33wt%。

18、本发明的有益效果是:

19、(1)本发明针对铜-铝异种材料热物理性能差异大的特点,开发锌基焊接材料,该材料熔点低,从而有效控制了异种材料焊接时的温度梯度,降低应力集中。

20、(2)铜-铝异种材料焊接时容易出现脆性的cu-al金属间化合物,采用本发明的锌基焊丝用于铜-铝异种板材连接的方法,具体为:首先在铜侧预制锌基过渡层,然后再进行铜-铝异种材料焊接;这种焊接方式可以有效隔绝cu和al脆性相的生成,并且可以有效提高焊接效率。

21、(3)本发明设计的锌基焊丝,通过添加sn、bi和ag等元素,综合调控铜-铝异种材料接头的物相组成,降低脆性相的含量和分布,并有效降低焊丝熔点。

22、(4)本发明焊丝既可以用tig焊方式焊接,也可以用mig焊方式焊接。

23、(5)为了解决铝和铜异种材料焊接时出现的诸多难点问题,设计了本发明锌基焊丝用于铝-铜的直接熔焊连接。所开发的焊丝熔点低,配合多种元素的调控,可以有效控制铜-铝接头的脆性相含量,从而保证铝-铜高质量连接。



技术特征:

1.铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,其特征在于,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比包括如下成分:sn粉40.0~45.0%,bi粉20.0~25.0%,in粉10.0~15.0%,ag粉为5.0~10.0%,ceo2粉0.5~1.0%,其余为zn粉。

2.根据权利要求1所述的铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,其特征在于,各个药芯粉末的纯度均≥99.9%;各个药芯粉末的粒度均为100~200目。

3.根据权利要求1所述的铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,其特征在于,所述焊皮为zn带,厚度0.4mm,宽度7mm。

4.根据权利要求1所述的铜-铝电弧焊接用锌基焊丝,其特征在于,药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30wt%~33wt%。

5.铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:

6.根据权利要求5所述的铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法,其特征在于,步骤1中,各个药芯粉末的纯度均≥99.9%;各个药芯粉末的粒度均为100~200目。

7.根据权利要求5所述的铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法,其特征在于,步骤3中,zn带为焊皮,厚度0.4mm,宽度7mm。

8.根据权利要求5所述的铜-铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法,其特征在于,步骤3中,药芯焊丝中药芯粉末的填充量控制在30wt%~33wt%。


技术总结
本发明公开铜‑铝电弧焊接用锌基焊丝,包括药芯和焊皮,其中药芯按质量百分比包括如下成分:Sn粉40.0~45.0%,Bi粉20.0~25.0%,In粉10.0~15.0%,Ag粉为5.0~10.0%,CeO<subgt;2</subgt;粉0.5~1.0%,其余为Zn粉。该焊丝熔点低,配合多种元素的调控,能够有效控制铜‑铝接头的脆性相含量,从而保证铝‑铜高质量连接。还公开了铜‑铝电弧焊接用锌基焊丝的制备方法。

技术研发人员:褚巧玲,王志坤,王君尧,莫仁润,杨聃,严富学
受保护的技术使用者:西安理工大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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