專利名稱：一種提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法及其釬焊爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料之間的釬焊方法，尤其是涉及一種銅合金軟釬焊時(shí)提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，本發(fā)明還涉及專用于該方法中的釬焊爐。
背景技術(shù)：
釬焊是金屬材料連接的重要方法之一，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子工業(yè)、家電行業(yè)和儀表制造等領(lǐng)域。軟釬焊是采用液相線溫度在450°C以下的釬料進(jìn)行的釬焊，軟釬料大多數(shù)是錫基釬料，錫鉛釬料是最常用的軟釬料，錫基釬料還包括無鉛釬料，主要替代含鉛釬料應(yīng)用于電子、食品、醫(yī)療等行業(yè)。正常對銅合金進(jìn)行軟釬焊時(shí)，銅與熔融態(tài)的錫基釬料很容易發(fā)生界面反應(yīng)，生成金屬間化合物，如熔融態(tài)的錫與銅反應(yīng)形成Cu6Sn5、Cu3Sn，這些金屬間化合物的粘附力非常 小，一般還非常脆，容易引起局部脆化，導(dǎo)致釬焊接頭失效，有些金屬間化合物(如&165115)在高溫下容易長大，形成金屬間化合物層，也容易引起接頭失效，使釬焊接頭的可靠性降低。為提高釬焊接頭的強(qiáng)度，一般采用在銅母材表面電鍍鎳、金等金屬，這樣雖然可以避免錫基釬料與銅母材反應(yīng)生成過多的金屬間化合物，然而鍍層鎳、金的價(jià)格昂貴，使電鍍工藝的成本高昂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種利用磁控偏析原理提高釬縫強(qiáng)度的焊接方法，本焊接方法得到的釬縫連接強(qiáng)度高，成本低；為簡化操作，本發(fā)明還提供了該方法中專用的釬焊爐。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案
本發(fā)明所述的提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，首先選擇使用含有鐵磁性金屬粉的錫基釬料；施焊時(shí)，將銅母材和待焊母材表面處理干凈、涂上釬劑，將上述釬料置于銅母材和待焊母材之間，然后加熱釬焊接頭，使釬料熔化；與此同時(shí)，在靠近銅母材一側(cè)施加強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于母材并朝向銅母材方向，這時(shí)熔融釬料中的鐵磁性金屬粉在磁場作用下向銅母材側(cè)界面處偏聚，最終在銅母材表面形成一層金屬保護(hù)層，然后將釬焊在一起的工件冷卻即完成釬焊作業(yè)。所述鐵磁性金屬粉可以采用下述方法向錫基釬料中添加a、在制備錫焊膏過程中添加適量的鐵磁性金屬粉；或b、在制備藥芯錫焊絲時(shí)，將藥芯換成鐵磁性金屬粉，制備出帶鐵磁性金屬粉芯的焊絲；或C、在熔煉錫基釬料的過程中添加鐵磁性金屬粉，待釬料熔化后攪拌均勻，釬料鑄錠凝固后，即可得到含有金屬粉的釬料基體。所述鐵磁性金屬粉包括鎳或/和鐵或/和鈷粉末；所述添加鐵磁性金屬粉的質(zhì)量為釬料質(zhì)量的5%-10%。為便于該釬焊方法的實(shí)施，本發(fā)明還提供了一種專用的釬焊爐，，它包括爐體以及置于爐體內(nèi)的托板，在靠近托板的爐體外設(shè)置有釹鐵硼磁增強(qiáng)體，所述釹鐵硼磁增強(qiáng)體上纏繞有導(dǎo)電線圈，所述導(dǎo)電線圈的頭、尾兩端分別與電源開關(guān)電連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面
I、施焊時(shí)，在外加磁場的作用下，熔融狀態(tài)的釬料中鐵磁性金屬粉在銅母材界面處形成一層均勻的金屬層，該金屬層將銅母材與熔融態(tài)的釬料隔離，可以避免錫基釬料與銅母材生成脆性金屬間化合物層，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度。2、本發(fā)明釬焊方法在銅母材界面處所形成的金屬保護(hù)層與傳統(tǒng)鍍鎳、鍍金保護(hù)層相比，成本低且工藝簡單。3、釬焊時(shí)，熔融的釬料與添加的金屬粉末顆粒發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)較穩(wěn)定的金屬間化合物，可以提高焊縫的強(qiáng)度。4、在錫基釬料中混合進(jìn)鐵磁性金屬粉，這些鐵磁性金屬粉末成為異質(zhì)形核點(diǎn)，提 高了形核率，細(xì)化了釬料晶粒，改善了釬料的組織，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度。


圖I是本發(fā)明專用釬焊爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，首先選擇使用含有鎳或/和鐵或/和鈷鐵磁性金屬粉的錫基釬料，鎳或/和鐵或/和鈷鐵磁性金屬粉可以采用以下三種方法添加進(jìn)錫基釬料中a、在制備錫焊膏過程中添加適量的鐵磁性金屬粉；或13、在制備藥芯錫焊絲時(shí)，將藥芯換成鐵磁性金屬粉，制備出帶鐵磁性金屬粉芯的焊絲；或C、在熔煉錫基釬料的過程中添加鐵磁性金屬粉，待釬料熔化后攪拌均勻，釬料鑄錠凝固后，即可得到含有金屬粉的釬料基體，當(dāng)然也可以采用其他的方法將鐵磁性金屬粉添加進(jìn)釬料中去；正常情況下，所添加的鐵磁性金屬粉質(zhì)量為釬料的質(zhì)量的5%_10%。施焊時(shí)，將銅母材和待焊母材表面處理干凈、涂上釬劑，將含有鐵磁性金屬粉的釬料置于銅母材和待焊母材之間，然后加熱釬焊接頭，使釬料熔化；與此同時(shí)，在靠近銅母材一側(cè)施加強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于母材并朝向銅母材方向，這時(shí)熔融釬料中的鐵磁性金屬粉在磁場作用下向銅母材側(cè)界面處偏聚，最終在銅母材表面形成一層金屬保護(hù)層，然后將釬焊在一起的工件冷卻即完成釬焊作業(yè)。為方便施焊作業(yè)，還可將待焊接工件放置在專用的釬焊爐內(nèi)進(jìn)行焊接，釬焊爐結(jié)構(gòu)如圖I所示，它包括爐體I以及置于爐體I內(nèi)放置工件的托板2，在靠近托板2的爐體I外設(shè)置有釹鐵硼磁增強(qiáng)體3，釹鐵硼磁增強(qiáng)體3上纏繞有導(dǎo)電線圈4，導(dǎo)電線圈4的頭、尾兩端分別與電源開關(guān)5電連接。施焊時(shí)，將銅母材6直接放置在托板上，釬料7和待焊母材8依次放置在銅母材6上。設(shè)定釬焊爐的溫度，待溫度升至設(shè)定溫度后，合上電源開關(guān)5，導(dǎo)電線圈4通電產(chǎn)生磁場，在釹鐵硼磁增強(qiáng)體3的作用下形成強(qiáng)磁場，使磁場方向垂直于銅母材6并朝向銅母材6方向。釬料7達(dá)到熔點(diǎn)(220°C左右)開始熔化，但其中所含的鐵磁性金屬粉(鎳、鐵或鈷)由于熔點(diǎn)較高尚未熔化，且釬焊溫度低于鐵磁性金屬粉的居里溫度(磁性轉(zhuǎn)變溫度，在此溫度以上鐵磁體的鐵磁性將消失。鎳、鐵、鈷的居里溫度分別為358°C、769°C和1131°C)。因此在該加強(qiáng)磁場的作用下，釬料7中的鐵磁性金屬粉向銅母材6 —側(cè)移動，最終在銅母材6界面處形成一層均勻的鐵磁性金屬層9，該金屬層9將銅母材6與熔融態(tài)的無鉛釬料7隔離開來，從而防止銅母材6與熔融釬料7發(fā)生界面反應(yīng)，生成脆性金屬間化合物層，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度和可靠性。下面結(jié)合實(shí)施例作進(jìn)一步說明
例I :釬焊銅與鋁工件
配制釬料M 0. 63kg的Sn (錫)和0. 37kg的Pb (鉛)，經(jīng) 熔煉、霧化制粉后得到200目的釬料粉，將0. 05kg的Ni (鎳)粉(100目)和上述釬料粉混合均勻后加活性松香焊劑制成
焊膏備用；
釬焊把待焊的銅和鋁表面進(jìn)行打磨，然后涂上適量制得的焊膏，置于本發(fā)明專用的釬焊爐中，設(shè)定釬焊溫度240°C，待溫度達(dá)到釬焊溫度后合上電源開關(guān)5，使之產(chǎn)生強(qiáng)磁場作用于焊膏中的鎳粉顆粒，保溫Imim后取出工件。經(jīng)測試，在銅母材界面處可以形成約
0.15mm厚的鐵磁性金屬層，釬焊接頭處的強(qiáng)度可達(dá)36N/mm2。例2 :釬焊銅與不銹鋼工件
配制釬料取0. 958kg的Sn (錫)，0. 035kg的Ag (銀)，0. 007kg的Cu (銅)在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，待金屬充分熔化后，向熔融的釬料合金中添加0. 06kg的Fe (鐵)、Ni (鎳)混合粉(Ni粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42%)，充分?jǐn)嚢瑁菇饘俜劬鶆蚍植加阝F料合金中，澆注成釬料鑄錠。經(jīng)過擠壓、拉拔制成釬料絲備用；
釬焊把待焊的銅和不銹鋼表面進(jìn)行打磨，然后涂上適量的磷酸釬劑，將待焊工件固定好，預(yù)熱到250°C后，打開電磁發(fā)生裝置，然后用電烙鐵加熱釬料絲對工件進(jìn)行焊接。經(jīng)測試，在銅母材界面處可以形成約0. 2_厚的鐵磁性金屬層，釬焊接頭處的強(qiáng)度可達(dá)40N/mm2。例3:釬焊銅與鋁工件
制備釬料取0. 91kg的Sn (錫)，0. 09kg的Zn (鋅)，在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，待金屬充分熔化后，向熔融的合金中添加0. 07kg的Ni (鎳)粉，充分?jǐn)嚢?，使金屬鎳粉均勻分布于釬料合金中，澆注成釬料鑄錠。經(jīng)過擠壓、拉拔制成釬料絲。釬焊把待焊的銅和鋁表面進(jìn)行打磨，然后涂上適量的鋁釬劑(SnC12_88%，NH4C1-10%, NaF-2%質(zhì)量分?jǐn)?shù))，將待焊工件固定好，預(yù)熱到240°C后，打開電磁發(fā)生裝置，然后用電烙鐵加熱釬料絲對工件進(jìn)行焊接。經(jīng)測試，在銅母材界面處可以形成約0. 25mm厚的鐵磁性金屬層，釬焊接頭處的強(qiáng)度可達(dá)45N/mm2。例4 :釬焊銅與鋁工件
制備釬料取0. 91kg的Sn (錫)，0. 09kg的Zn (鋅)，在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，待金屬充分熔化后，向熔融的合金中添加0. 08kg的Co (鈷)、Ni (鎳)混合粉(Ni粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%)，充分?jǐn)嚢?，使鈷、鎳金屬粉均勻分布于釬料合金中，澆注成釬料鑄錠。經(jīng)過擠壓、拉拔制成釬料絲。釬焊把待焊的銅和鋁表面進(jìn)行打磨，然后涂上適量的鋁釬劑(SnCl2_88%，NH4C1-10%, NaF-2%質(zhì)量分?jǐn)?shù))，將待焊工件固定好，置于本發(fā)明專用的釬焊爐中，設(shè)定釬焊溫度240°C，待溫度達(dá)到釬焊溫度后打開電磁發(fā)生裝置(合上電源開關(guān)5)，保溫Imin后取出工件。經(jīng)測試，在銅母材界面處可以形成約0. 3_厚的鐵磁性金屬層，釬焊接頭處的強(qiáng)度可達(dá) 48N/mm2。例5 :釬焊銅與不銹鋼工件
制備釬料取0. 993kg的Sn (錫)，0. 007kg的Cu (銅)，在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，待金屬充分熔化后，向熔融的合金中添加0. 09kg的Fe (鐵)、Co (鈷)混合粉(Fe粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%)，充分?jǐn)嚢?，使金屬粉均勻分布于釬料合金中，澆注成釬料鑄錠。經(jīng)過擠壓、拉拔制成釬料絲。釬焊把待焊的銅與不銹鋼表面進(jìn)行打磨，然后涂上適量的磷酸釬劑，將待焊工件固定好，置入專用的釬焊爐中，設(shè)定釬焊溫度260°C，待溫度達(dá)到釬焊溫度后打開電磁發(fā)生裝置(合上電源開關(guān)5)，保溫Imin后取出工件。經(jīng)測試，在銅母材界面 處可以形成約0. 35mm厚的鐵磁性金屬層，釬焊接頭處的強(qiáng)度可達(dá)38N/mm2。例6 :釬焊銅與碳鋼工件
制備釬料取0. 965kg的Sn (錫)，0. 035kg的Ag (銀)，在熔煉爐中進(jìn)行熔煉，待金屬充分熔化后，向熔融的合金中添加0. Ikg的Fe (鐵)、Co (鈷)、Ni (鎳)混合粉(Fe、Co,Ni粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、25%,50%),充分?jǐn)嚢?，使金屬粉均勻分布于釬料合金中，澆注成釬料鑄錠。經(jīng)過擠壓、拉拔制成釬料絲；
釬焊把待焊的銅與碳鋼表面進(jìn)行打磨，然后涂上適量的釬劑(氯化鋅、氯化銨水溶液)，將待焊工件固定好，置入專用的釬焊爐中，設(shè)定釬焊溫度260°C，待溫度達(dá)到釬焊溫度后打開電磁發(fā)生裝置(合上電源開關(guān)5 )，保溫Imin后取出工件。經(jīng)測試，在銅母材界面處可以形成約0. 4mm厚的鐵磁性金屬層，釬焊接頭處的強(qiáng)度可達(dá)37N/mm2。
權(quán)利要求
1.一種提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，其特征在于首先選擇使用含有鐵磁性金屬粉的錫基釬料；施焊時(shí)，將銅母材和待焊母材表面處理干凈、涂上釬劑，將上述釬料置于銅母材和待焊母材之間，然后加熱釬焊接頭，使釬料熔化；與此同時(shí)，在靠近銅母材一側(cè)施加強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于母材并朝向銅母材方向，這時(shí)熔融釬料中的鐵磁性金屬粉在磁場作用下向銅母材側(cè)界面處偏聚，最終在銅母材表面形成一層金屬保護(hù)層，然后將釬焊在一起的工件冷卻即完成釬焊作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，其特征在于所述鐵磁性金屬粉可以采用下述方法向錫基釬料中添加a、在制備錫焊膏過程中添加適量的鐵磁性金屬粉；或b、在制備藥芯錫焊絲時(shí)，將藥芯換成鐵磁性金屬粉，制備出帶鐵磁性金屬粉芯的焊絲；或C、在熔煉錫基釬料的過程中添加鐵磁性金屬粉，待釬料熔化后攪拌均勻，釬料鑄錠凝固后，即可得到含有金屬粉的釬料基體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，其特征在于所述鐵磁性金屬粉包括鎳或/和鐵或/和鈷粉末；所述添加鐵磁性金屬粉的質(zhì)量為釬料質(zhì)量的5%-10%。
4.專用于權(quán)利要求I所述方法中的釬焊爐，它包括爐體(I)以及置于爐體(I)內(nèi)的托板(2)，其特征在于在靠近托板(2)的爐體(I)外設(shè)置有釹鐵硼磁增強(qiáng)體(3)，所述釹鐵硼磁增強(qiáng)體(3)上纏繞有導(dǎo)電線圈(4)，所述導(dǎo)電線圈(4)的頭、尾兩端分別與電源開關(guān)(5)電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高釬縫強(qiáng)度的釬焊方法，首先選擇使用含有鐵磁性金屬粉的錫基釬料；施焊時(shí)，將銅母材和待焊母材表面處理干凈，將上述釬料置于銅母材和待焊母材之間，然后加熱釬焊接頭，使釬料熔化；與此同時(shí)，在靠近銅母材一側(cè)施加強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于母材并朝向銅母材方向，這時(shí)熔融釬料中的鐵磁性金屬粉在磁場作用下向銅母材側(cè)界面處偏聚，最終在銅母材表面形成一層金屬保護(hù)層，然后將釬焊在一起的工件冷卻即可。為便于上述釬焊作業(yè)，本發(fā)明還提供了一種專用的釬焊爐。采用本發(fā)明的釬焊方法所形成的金屬保護(hù)層與電鍍鎳、金相比，成本低，工藝簡單，釬料中添加的鎳、鐵、鈷粉末顆粒成為異質(zhì)形核點(diǎn)，細(xì)化釬料晶粒，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度。
文檔編號B23K3/08GK102744481SQ20121026773
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者于新泉, 周許升, 張冠星, 沈元勛, 溫慧娟, 潘世師, 程亞芳, 裴夤崟, 黃成志, 龍偉民 申請人:鄭州機(jī)械研究所