[发明专利]焊铝薄板用部分凝固焊料及制作方法

说明书

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。

本发明的焊料由铜Cu、锰Mn、铁Fe、硅Si、钛Ti和铝Al等合金成分组成，其特征在于各种合金成分的重量百分比是：铜Cu为4.8～5.5%，锰Mn为0.3～0.6%，铁Fe含量为＜2%，硅Si为0.5～1%，钛Ti为0.02～0.05%，杂质总含量＜1.35%，其余为铝Al。本发明的焊料与现有焊料相比，可以减少钛Ti、钒V等元素的含量，放宽对铁Fe等杂质元素含量的限制。例如钛Ti的含量由0.02～0.2%减少为0.02～0.05%，铁Fe的含量由小于1%放宽到小于2%。

本发明的焊料可以减少现有焊料中的钛Ti、钒V等元素的含量，是由于合金凝固时溶质的分凝作用（k＜＜1），和搅动凝固对溶质传质的作用（固相界面前沿液相中的溶质富集层很薄），使得这些元素在初生粒状固相中的含量较低，更多地存在于尚未凝固的液相之中，正是这些液相是部分凝固焊料起焊接作用的主要部分。本发明的焊料，还可以放宽对铁Fe等杂质元素的限制。

本发明焊料的制作方法，是采用常规的焊料熔炼方法进行配料及焊料熔炼，其特征在于：

1、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分钟后搅拌器容腔（2）中的熔体就是部分凝固焊料，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平均含量。搅动正在凝固中的合金，以保证不产生树枝状或柱状晶组织;搅动后期的升温，是为了消除初生固相上的凸出体，进一步提高粒状固相表面的光滑性，从而改善部分凝固焊料的流动性和焊接能力。

为了得到完全固态的焊料，将搅拌器容腔（2）中的部分凝固焊料 快速冷却到室温，其冷却速度大于10℃/分。固态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Fe杂质所形成的化合物，呈小块状分布于粒状固相之间。固态焊料可以切割成条状，制成焊料棒或焊丝。

本发明的焊料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焊料的成分向亚共晶范围变化。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。一般工程铝合金（非共晶型），其熔化过程有一个温度范围，即合金液相线和固相线温度之差，当温度升高接近液相线温度，使固相量低于约15%时，合金才开始具有宏观流动性。按本发明制作方法制备的焊料，组织中的初生固相呈粒状形态。当温度升高熔化了粒状固相周围的高溶质组织（具有相对低的熔点）时，焊料将成为粒状固相悬浮在液相中的部分凝固状态。这时的固相量可达30-50%，对应的温度较低，而流动能力良好。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。