[发明专利]铝钢高频感应钎焊的钎料及钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝/钢钎焊技术领域。

背景技术

目前，我国电解铝生产所用的电能50％以上被铝电解槽和生产过程中的电场、磁场和热场所消耗，电解铝生产还有很大的节能潜力。现在通用的铝电解阳极钢爪是采用低碳铸钢铸造而成，采用钢铝复合爆炸焊片过渡与铝导杆焊接组合成为阳极导电装置，其主要起传导电流和承载阳极碳块重量的作用，以导电为主。这种钢铝复合爆炸焊片在电解生产过程中局部电压降较高，电流损耗较大，使得阳极电阻消耗过大，生产成本居高不下，同时也造成大量能源的浪费。

针对上述问题，近年来，考虑到铝/钢结构中钢的高热强性、硬度及耐磨性以及铝合金的低密度、高导热性等性能，因此铝/钢连接，引起了国内外研究者的广泛关注。但铝、钢的密度、熔点、导热率等物理性能相差很大，这促使热应力的产生，并且难熔的氧化膜会造成焊缝中存在夹杂物，用传统的焊接工艺很难将它们连接在一起。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝钢高频感应钎焊的钎料及钎焊方法。

本发明是一种铝钢高频感应钎焊的钎料及钎焊方法，其中铝钢高频感应钎焊的钎料，选用Al-Si基合金粉末作为焊料的钎料组分，钎料合金的粒度为-150～+300目，熔点为570～580℃；选用三种氟盐KF、NaF、AlF₃作为钎剂，其比例为(KF、NaF)∶AlF₃＝1∶10)；选酒石酸钾纳作粘结剂；焊料中钎料含量为60％，钎剂含量为38-39％，粘结剂占1％-2％。

铝钢高频感应钎焊方法，按以上所述准备好各组分，用无水乙醇调成糊状，清除钢和铝工件的待钎焊面的氧化膜，然后用丙酮清洗；在待钎焊面上均匀涂上调好的焊料后加压，放入高频感应加热设备中采用氩气保护；在4.5KV的电压下，加热30秒后卸载电压，待工件温度小于50℃后取出。

本发明的有益之处为：通过降低装置电阻的方法，达到节电降耗的目的。采用惰性气体保护下的高频感应焊接方式，不仅避免了熔化时产生使接头部位金属性能变化的外界环境对连接表面物理状态的不良影响，使接头具有高度可靠性。

附图说明

图1为铝/钢钎焊区X射线衍图，图2～图5为铝/钢钎焊区SEM图。

具体实施方式

本发明是一种铝钢高频感应钎焊的钎料及钎焊方法，其中铝钢高频感应钎焊的钎料，选用Al-Si基合金粉末作为焊料的钎料组分，钎料合金的粒度为-150～+300目，熔点为570～580℃；选用三种氟盐KF、NaF、AlF₃作为钎剂，其比例为(KF、NaF)∶AlF₃＝1∶10)；选酒石酸钾纳作粘结剂；焊料中钎料含量为60％，钎剂含量为38-39％，粘结剂占1％-2％。

铝钢高频感应钎焊方法，按以上所述准备好各组分，用无水乙醇调成糊状，清除钢和铝工件的待钎焊面的氧化膜，然后用丙酮清洗；在待钎焊面上均匀涂上调好的焊料后加压，放入高频感应加热设备中采用氩气保护；在4.5KV的电压下，加热30秒后卸载电压，待工件温度小于50℃后取出。

如图1所示，Al/45号钢氩气保护钎焊界面处主要存在Al_0.7Fe₃Si_0.3、Al_76.84Fe₂₄、Al和Fe。Al_0.7Fe₃Si_0.3固溶体和Al的存在使得接头有一定的焊接塑性和韧性，并使接头具有良好的耐蚀性，Al_76.84Fe₂₄的存在使钎缝硬度升高。

如图2、图3所示，在JSM-6700F型扫描电镜下观察铝/钢高频钎焊试样接头，有明显的过渡层出现，且过渡区较为平整，无焊接裂纹出现；如图4所示，在铝侧有大量等轴晶出现并沿过渡层向铝基延伸，等轴晶区与基体金属紧密连接，形成金属键结合使得焊接强度大大提高。如图5所示，焊接过渡区连接紧密，表面由许多凹孔构成，又称微坑。微坑中间是杂质或第二相质点，第二相质点与基体材料弹性和塑性的差别形成局部塑性区，这对提高接头力学性能十分有利。

利用XH-1000型显微硬度计对铝/钢界面进行显微硬度测定，载荷为25gf，加载时间5秒。如表1所示，从45号钢侧到Al侧硬度先升后降。近过渡层铝和钢的硬度都明显高于远离过渡层区域，且在过渡层硬度达到最大。

表1铝/钢钎焊界面附近的显微硬度