專利名稱：一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的合金焊絲及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用普通焊接方法及焊接材料對(duì)紫銅厚板(厚度大于10mm)進(jìn)行焊接時(shí)，不但熔 池形成困難，而且在焊縫冷卻結(jié)晶過(guò)程中易出現(xiàn)熱裂紋。焊接熱裂紋的成因主要是弧焊時(shí) 母材的氧化和空氣中的氧氣被電弧電離，氧元素不可避免地進(jìn)入到焊接熔池中，在凝固過(guò) 程中，在晶界處會(huì)形成由Cu20與Cu組成的液態(tài)薄膜，當(dāng)凝固進(jìn)行到脆性溫度區(qū)間時(shí)，液態(tài) 薄膜在收縮應(yīng)力的作用下被撕裂，最終形成熱裂紋。收縮應(yīng)力與液態(tài)薄膜是形成紫銅焊接 熱裂紋的兩個(gè)主要因素。目前，針對(duì)紫銅熔化焊可適用的填充焊絲有以下幾種 (1)HS201銅合金焊絲
針對(duì)紫銅熔化焊接應(yīng)用最廣泛的一種焊材，普遍應(yīng)用于氣焊、焊條電弧焊、TIG焊及 MIG焊中，其中氣焊時(shí)，一般采用HS201與CJ301釬劑配合使用。HS201中含有0. 3%Mn和
0.3%Si，目的是減少Cu20。但是從實(shí)際焊接效果來(lái)看，控制熱裂紋的效果并不理想。因此 工程實(shí)際通過(guò)預(yù)熱減少收縮應(yīng)力來(lái)控制熱裂紋，一方面預(yù)熱雖然一定程度上減少了收縮應(yīng) 力，但是另一方面，預(yù)熱增大了母材的氧化傾向，從而提高了焊縫的熱裂傾向。由于HS201 中現(xiàn)有的錳硅元素?zé)o法完全避免焊縫金屬的氧化，因此，采用HS201進(jìn)行焊接時(shí)，如果焊縫 金屬存在拉應(yīng)力，熱裂紋無(wú)法避免。(2)銅鈦復(fù)合焊絲
此發(fā)明主要針對(duì)紫銅的氮?dú)獗Ｗo(hù)TIG焊接。所發(fā)明的焊絲以HS201焊絲為芯，在外面 包有一層Ti6A14V合金的外皮。所添加的Ti6A14V合金的目的是增大焊材對(duì)熔池以及焊縫 金屬脫氮能力，從而消除焊接氣孔，但是仍存在如下問(wèn)題由于Ti6A14V熔點(diǎn)高，在熔池中 熔化慢，使得熔池流動(dòng)性差，焊后焊縫金屬成分不均勻，夾雜多，硬度高，脆性大，沖擊韌性 差。此外，HS201本身還有Sn、Si元素，在熔池中與Ti和Cu元素結(jié)合生成CuTiSn三元金 屬間化合物及TiSi 二元金屬間化合物，焊縫金屬脆性增加，韌性下降。此外，焊縫電阻率為
1.7X 10_7 Qm，為母材T3紫銅的9倍；焊縫金屬熱導(dǎo)率為106Wm/K，母材為391Wm/K，為焊縫 金屬的1/4倍。焊縫導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性不能兼顧。(3)銅鎳合金焊絲
銅鎳合金焊絲是針對(duì)鎳基合金焊接而發(fā)明的，也可以用于紫銅的焊接。焊接厚度最大 可以達(dá)到30mm。焊絲中Ni、Mn、Si的添加提高液態(tài)金屬的表面張力，改善熔池流動(dòng)性，焊縫 成型好，無(wú)熱裂紋，強(qiáng)度高，塑性好。但是另一方面，由于焊材中鎳含量達(dá)到27%，焊后銅鎳合 金焊縫金屬的導(dǎo)電率與HS201焊縫金屬的導(dǎo)電率相比下降了 10倍，且原料成本提高3倍以 上，從而大大限制了這種焊材的使用范圍。(4)銅鋁合金焊絲
目前已有的銅鋁合金焊絲主要是鋁青銅焊絲，如S214和S215。這類焊絲主要用于鋁
4青銅、黃銅的焊接以及鍍鋁鋼材和灰口鑄鐵的堆焊，焊后焊縫金屬?gòu)?qiáng)度較高。鋁銅二元合金 共晶點(diǎn)含鋁量為8. 3wt%，共晶溫度為1036°C，其中s214中鋁的含量為8. 22wt%，位于鋁銅二 元相圖中亞共晶相區(qū)；S215中鋁含量為8. 75wt%，位于過(guò)共晶相區(qū)。采用這兩種焊絲對(duì)紫銅 進(jìn)行熔化焊時(shí)，焊接熔池凝固結(jié)晶過(guò)程中，在1036°C會(huì)形成()低熔共晶組織，增大了 紫銅的熱裂傾向；并且，隨著冷卻的進(jìn)行，0相會(huì)在565°C是發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成(a + Y2) 組織，這種組織的出現(xiàn)會(huì)使焊縫金屬發(fā)脆，這種發(fā)脆的現(xiàn)象稱為“緩冷脆性”，加劇了紫銅 焊縫金屬及接頭的熱裂傾向。此外，采用S214，、S215焊絲對(duì)紫銅進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫金屬的 電阻率分別為1. 197 X 10-7 Qm禾口 1. 331X10_7 Qm，而紫銅電阻率為1. 91 X 1(T8 Q m，焊縫金 屬的電阻率達(dá)到了紫銅的7倍左右，大大降低了焊縫的導(dǎo)電性；焊縫金屬的熱導(dǎo)率分別為 84. 7Wm/K和71.2Wm/K，僅為母材的1/41/5倍。焊后使得紫銅構(gòu)件的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性嚴(yán)重 下降。綜上所述，雖然S214、S215作為一類適用于鋁青銅、鍍鋁鋼板及灰口鑄鐵焊接的焊 材，并不適用于紫銅的焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有紫銅厚大構(gòu)件在熔化焊時(shí)，焊接熱裂紋嚴(yán)重，導(dǎo)致 焊接接頭力學(xué)性能差，及采用現(xiàn)有合金焊絲時(shí)焊縫導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性差的問(wèn)題，本發(fā)明提供 了 一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲及其制備方法。本發(fā)明用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分比由0.59Tl%的Mg、 2% 7%的A1、0. 1% 0. 5%的稀土元素、0. 5% 1%的Sn和余量的銅制成，其中稀土元素是Ce、 La和Y中的一種或者其中幾種的混合物。本發(fā)明中銅的質(zhì)量純度在99. 9%以上，例如T3紫銅；鋁為純鋁，質(zhì)量純度 為99. 99% ；Mg為工業(yè)純鎂，質(zhì)量純度為99. 85 99. 95% ；Sn為工業(yè)純錫，質(zhì)量純度為 99. 0 99. 9%。本發(fā)明用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn) 的一、按重量百分比稱取如下原料0. 5% 1%的Mg、2% 7%的A1、0. 1% 0. 5%的稀土元素、 0. 59Tl%的Sn和余量的銅，其中稀土元素是Ce、La和Y中的一種或者其中幾種的混合物； 二、將步驟一稱取的Mg、A1和Sn放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)，升溫至75(T850°C，保溫l(T20min得 MgAlSn合金熔液，保溫過(guò)程中在熔液表面覆蓋木炭，然后繼續(xù)升溫至115(T125(TC，再向 MgAlSn合金熔液中加入步驟一稱取的稀土元素，攪拌均勻后保溫flOmin，然后扒開合金 表面焊渣并撈出，冷卻，得MgAlSnRe中間合金，其中，中頻感應(yīng)爐內(nèi)由Ar氣保護(hù)，Re代表 稀土元素；三、將步驟一稱取的Cu和步驟二得到的MgAlSnRe中間合金放入真空中頻感應(yīng) 爐內(nèi)，升溫至115(Tl250°C，保溫25、0min，然后澆鑄至模具中，再隨爐冷卻，得CuMgAlSnRe 合金鑄錠，其中澆鑄前模具在300°C下預(yù)熱3(T60min ；四、將步驟三得到的CuMgAlSnRe合 金鑄錠在580°C溫度下保溫2. 5^3. 5h，然后空冷得均勻化的CuMgAlSnRe合金鑄錠，然后 將CuMgAlSnRe合金鑄錠去縮孔、錠底，車去表皮，加工成0 40mm鑄錠；五、將步驟四得到的 0 40mm鑄錠加熱至75(T850°C熱擠壓至0 8. Omm線坯，然后退火，再清理表面后，在室溫下， 將①8. Omm線坯冷拉至①2. Omm焊絲，再將①2. Omm焊絲酸洗，即得用于紫銅厚大構(gòu)件熔化 焊的銅合金焊絲。本發(fā)明針對(duì)大尺寸紫銅構(gòu)件在熔化焊時(shí)，焊接熱裂紋嚴(yán)重的問(wèn)題，采用添加合金元素Mg、Al、稀土和Sn制備銅合金焊絲，達(dá)到有效控制焊接熱裂紋的目的，并提高焊接接頭 的力學(xué)性能，改善焊接質(zhì)量。本發(fā)明的銅合金焊絲與傳統(tǒng)鋁青銅焊絲相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是焊 接紫銅時(shí)無(wú)(a )共晶組織生成和(a + Y2)共析組織析出，使焊縫組織更接近與母材，從 而獲得更接近于紫銅性質(zhì)的焊縫金屬，降低高溫時(shí)焊縫熱裂敏感性和改善焊縫脆性。并且， 焊縫金屬的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性要好于市面上的銅合金焊絲。本發(fā)明的用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲中的Mg作為脫氧元素添加在焊 材中。在本發(fā)明的銅合金焊絲中Mg與氧的親和性要優(yōu)于A1和Cu，因此在液態(tài)熔池中首先 發(fā)生如下反應(yīng)[Mg]L +[Cu20]L —[MgO]s +[CU]L，其中氧元素(0)與Mg反應(yīng)生成MgO，抑
制了 Cu20的出現(xiàn)，從而降低了焊縫的熱裂傾向。MgO以焊渣的形式浮于焊縫表面。由于Mg 含量較高時(shí)，對(duì)焊縫導(dǎo)電性有所影響，因此Mg含量較少，僅為0. 5^1. 0wt%。在熔池中與氧 (0)反應(yīng)充分，室溫時(shí)焊縫中基本無(wú)Mg元素殘留，對(duì)焊縫金屬性能無(wú)影響。本發(fā)明的銅合金焊絲中A1作為合金元素，主要作用有(1)作為脫氧劑抑制Cu20 的出現(xiàn)，從而控制紫銅焊接中由(Cu20+Cu)低熔共晶組織引起的焊接熱裂紋。在液態(tài)熔池 中，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，反應(yīng)式[A1]l+[Cu20]L —[A^OJ+tCuk始終向正反應(yīng)方向進(jìn)
行。生成產(chǎn)物A1203具有熔點(diǎn)高、密度小、在液態(tài)熔池中粘度小的特點(diǎn)，上浮在焊縫表面形成 焊渣，最終排出焊縫。A1203對(duì)焊縫性能不造成負(fù)面影響。(2)提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度。除了與 氧(0)結(jié)合的A1以外，其余的A1均固溶在a -Cu基體當(dāng)中，引起Cu晶粒晶格畸變，起到固 溶強(qiáng)化的作用。由于嚴(yán)格控制焊絲中A1含量，使得室溫時(shí)焊縫金屬中基本無(wú)(a + Y2)析 出相，不影響a-Cu晶界的結(jié)合強(qiáng)度。避免了采用S214及S215焊絲焊接時(shí)出現(xiàn)緩冷脆性。 (3)改善焊縫金屬及接頭的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。鋁的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性僅次于銅，與其他合金元 素Ni、Ti、P、Mg相比，在改善焊縫導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性方面是不可替代的合金元素。本發(fā)明的銅合金焊絲中稀土元素(Ce、La和Y中的一種或者其中幾種的混合物)的 作用是輔助脫氧和細(xì)化晶粒，由于焊材中A1含量較低，無(wú)金屬間化合物析出，焊縫組織主 要是單相組織一固溶一定量A1的a-Cu組織。若不添加稀土元素，在凝固過(guò)程中，a-Cu 晶粒比較粗大，對(duì)焊縫金屬及接頭的力學(xué)性能有所影響。添加稀土元素后，焊縫組織得到細(xì) 化，從而改善焊縫金屬及接頭的力學(xué)性能。本發(fā)明的銅合金焊絲中添加Sn主要起到提高熔池流動(dòng)性的作用，由于焊材中合 金含量較低，使得合金熔點(diǎn)較高，因此在焊接中容易出現(xiàn)熔池發(fā)粘流動(dòng)性差，接頭容易出現(xiàn) 未熔合的現(xiàn)象。添加Sn后可以有效地降低熔池粘度，提高流動(dòng)性，獲得無(wú)缺陷的焊接接頭。本發(fā)明的制備方法首先在不同熔煉溫度下，分別熔煉得到MgAlSnRe中間合金，克 服由于合金元素熔點(diǎn)的差異導(dǎo)致熔點(diǎn)高的金屬熔煉不充分，而低熔點(diǎn)的金屬又熔煉溫度過(guò) 高的弊端，再經(jīng)步驟四的均勻后處理得到組織均勻的CuAlMgSnRe合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)
1、通過(guò)Mg、Al和稀土的聯(lián)合脫氧作用，可以有效改善熔池氧化的問(wèn)題，從而焊接熱裂 紋的出現(xiàn)。2、焊縫組織均勻，A1元素強(qiáng)化了焊縫金屬。避免了采用鋁青銅焊絲時(shí)低熔共晶組 織(a+日)的出現(xiàn)及共析組織(a+ Y2)引起的緩冷脆性，改善了焊縫的力學(xué)性能。3、可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行大尺寸紫銅構(gòu)件焊接，無(wú)需預(yù)熱，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，改善工作環(huán)境。4、接頭及焊縫金屬的導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性好于其他合金焊絲如鋁青銅焊絲、銅鈦合 金焊絲及銅鎳焊絲。本發(fā)明焊縫金屬的電阻率為6. 61X 10_8Qm，比采用鋁青銅焊絲時(shí)降低 了 1倍，僅為母材紫銅的3. 5倍。焊縫金屬的熱導(dǎo)率為196Wm/K，比采用鋁青銅焊絲時(shí)提高 1倍以上，可以達(dá)到母材紫銅的50%。5、采用本發(fā)明的銅合金焊絲采用TIG焊，焊接大尺寸紫銅構(gòu)件能達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)為 焊縫金屬電阻率3. 5倍
焊縫金屬導(dǎo)熱率1/2倍
焊縫金屬延伸率彡40%
焊縫金屬拉伸強(qiáng)度系數(shù) 110% 115% 接頭延伸率》15%
焊縫金屬?zèng)_擊韌性》155J/cm2
接頭正彎》170°
接頭背彎> 170°。6、焊縫成型好，焊接時(shí)無(wú)飛濺，無(wú)氣孔、夾雜、未熔合等缺陷。7、焊絲的生產(chǎn)成本低，制作方法簡(jiǎn)單。綜上所述，本發(fā)明利用Mg，Al元素較好的脫氧性及A1良好的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性得到的 銅合金焊絲，保證焊縫無(wú)熱裂紋的同時(shí)獲得導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能良好的焊接接頭。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的 任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分 比由0. 5% 1%的Mg、2% 7%的A1、0. 1% 0. 5%的稀土元素、0. 5% 1%的Sn和余量的銅制成，其 中稀土元素是Ce、La和Y中的一種或者其中幾種的混合物。本實(shí)施方式中當(dāng)稀土元素為Ce、La和Y中幾種的混合物時(shí)，以任意比混合即可。本實(shí)施方式針對(duì)大尺寸紫銅構(gòu)件在熔化焊時(shí)，焊接熱裂紋嚴(yán)重的問(wèn)題，采用添 加合金元素Mg、A1、稀土和Sn制備銅合金焊絲，達(dá)到有效控制焊接熱裂紋的目的，并提 高焊接接頭的力學(xué)性能，改善焊接質(zhì)量，焊縫金屬延伸率>40%，焊縫金屬拉伸強(qiáng)度系數(shù) 110% 115%，焊縫金屬?zèng)_擊韌性彡155J/cm2，接頭正彎彡170°，接頭背彎彡170°。采用本實(shí)施方式的銅合金焊絲，經(jīng)熔化焊對(duì)接紫銅厚大構(gòu)件得到的焊接接頭無(wú)熱 裂紋，焊縫金屬的電阻率為6. 61X 10_8Qm，比采用鋁青銅焊絲時(shí)降低了 1倍，僅為母材紫銅 的3. 5倍。焊縫金屬的熱導(dǎo)率為196Wm/K，比采用鋁青銅焊絲時(shí)提高1倍以上，可以達(dá)到母 材紫銅的50%。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是銅的質(zhì)量純度在99. 9% 以上；鋁為純鋁，質(zhì)量純度為99. 99% ；Mg為工業(yè)純鎂，質(zhì)量純度為99. 85^99. 95% ；Sn為工業(yè) 純錫，質(zhì)量純度為99. (T99. 9%。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是銅為T3紫銅。其它 參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是用于紫銅厚大 構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分比由o. 6°r0. 8%的Mg、2. 5% 4%的A1、0. 15% 0. 3%的 稀土元素、0. 69TO. 9%的Sn和余量的銅制成。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同的是用于紫銅厚大 構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分比由0. 7%的Mg、3%的A1、0. 2%的稀土元素、0. 8%的 Sn和余量的銅制成。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一、二或三相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式如具體實(shí)施方式
一所述的用于紫銅厚大構(gòu)件熔化 焊的銅合金焊絲的制備方法，是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按重量百分比稱取如下原料 0. 5% 1%的Mg、2% 7%的AUO. 1% 0. 5%的稀土元素、0. 5% 1%的Sn和余量的銅，其中稀土元 素是Ce、La和Y中的一種或者其中幾種的混合物；二、將步驟一稱取的Mg、Al和Sn放入中 頻感應(yīng)爐內(nèi)，升溫至75(T850°C，保溫l(T20min得MgAlSn合金熔液，保溫過(guò)程中在熔液表 面覆蓋木炭，然后繼續(xù)升溫至115(T1250°C，再向MgAlSn合金熔液中加入步驟一稱取的稀 土元素，攪拌均勻后保溫5 10min，然后扒開合金表面焊渣并撈出，冷卻，得MgAlSnRe中間 合金，其中，中頻感應(yīng)爐內(nèi)由Ar氣保護(hù)，Re代表稀土元素；三、將步驟一稱取的Cu和步驟二 得到的MgAlSnRe中間合金放入真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)，升溫至115(Tl250°C，保溫25 40min， 然后澆鑄至模具中，再隨爐冷卻，得CuMgAlSnRe合金鑄錠，其中澆鑄前模具在300°C下預(yù) 熱3(T60min ；四、將步驟三得到的CuMgAlSnRe合金鑄錠在580°C溫度下保溫2. 5 3. 5h，然 后空冷得均勻化的CuMgAlSnRe合金鑄錠，然后將CuMgAlSnRe合金鑄錠去縮孔、錠底，車 去表皮，加工成①40mm鑄錠；五、將步驟四得到的①40mm鑄錠加熱至75(T850°C熱擠壓至 08. 0mm線坯，然后退火，再清理表面后，在室溫下，將08. 0mm線坯冷拉至①2. 0mm焊絲，再 將0 2. 0mm焊絲酸洗，即得用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲。本實(shí)施方式步驟一中當(dāng)稀土元素為Ce、La和Y中幾種的混合物時(shí)，以任意比混合 即可。本實(shí)施方式的制備方法工藝簡(jiǎn)單，得到的用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲 能有效控制焊接熱裂紋的目的，并提高焊接接頭的力學(xué)性能，改善焊接質(zhì)量，焊縫金屬延 伸率彡40%，焊縫金屬拉伸強(qiáng)度系數(shù)110% 115%，焊縫金屬?zèng)_擊韌性彡155J/cm2，接頭正彎 彡170°，接頭背彎彡170°。采用本實(shí)施方式的銅合金焊絲，經(jīng)熔化焊對(duì)接紫銅厚大構(gòu)件得到的焊接接頭無(wú)熱 裂紋，焊縫金屬的電阻率為6. 61X 10_8Qm，比采用鋁青銅焊絲時(shí)降低了 1倍，僅為母材紫銅 的3. 5倍。焊縫金屬的熱導(dǎo)率為196Wm/K，比采用鋁青銅焊絲時(shí)提高1倍以上，可以達(dá)到母 材紫銅的50%。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟一中銅的質(zhì)量純度 在99. 9%以上；鋁為純鋁，質(zhì)量純度為99. 99% ；Mg為工業(yè)純鎂，質(zhì)量純度為99. 85 99. 95% ； Sn為工業(yè)純錫，質(zhì)量純度為99. (T99. 9%。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六或七不同的是銅為T3紫銅。其它 參數(shù)與具體實(shí)施方式
六或七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六、七或八不同的是步驟一中按 重量百分比稱取如下原料0. 69TO. 8%的Mg、2. 59T4%的A1、0. 15°/T0. 3%的稀土元素、 0. 69TO. 9%的Sn和余量的銅。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
六、七或八相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六、七或八不同的是步驟一中按重 量百分比稱取如下原料0. 7%的Mg、3%的A1、0. 2%的稀土元素、0. 8%的Sn和余量的銅。其 它參數(shù)與具體實(shí)施方式
六、七或八相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十之一不同的是步驟二中升 溫至80(TC，保溫15min得MgAlSn合金熔液。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至十之一 相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十一之一不同的是步驟二中 然后繼續(xù)升溫至1200°C，再向MgAlSn合金熔液中加入步驟一稱取的稀土元素，攪拌均勻后 保溫5min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至十一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十二之一不同的是步驟三中 升溫至1200°C，保溫30min。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至十二之一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十三之一不同的是步驟四中 將步驟三得到的CuMgAlSnRe合金鑄錠在580°C溫度下保溫2. 5^3. 5h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至十三之一相同。本實(shí)施方式中CuMgAlSnRe合金鑄錠在580°C溫度下進(jìn)行保溫均勻化處理，使 CuMgAlSnRe合金鑄錠中各合金成分更加均勻。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十四之一不同的是步驟五中 將步驟四得到的O40mm鑄錠加熱至800°C熱擠壓至0 8. 0mm線坯。其它步驟及參數(shù)與具體 實(shí)施方式六至十四之一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至十五之一不同的是步驟五中 將0 2. 0mm焊絲酸洗的酸洗液按質(zhì)量百分比由10%的硫酸，10%的磷酸，10%的鹽酸和余量 的水組成。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至十五之一相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方 法，是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、按重量百分比稱取如下原料0. 7%的Mg、3%的A1、0. 2%的 稀土元素Ce和La(Ce和La的質(zhì)量比為1:1)、0. 8%的Sn和余量的銅；二、將步驟一稱取的 Mg、Al和Sn放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)，升溫至800°C，保溫15min得MgAlSn合金熔液，保溫過(guò)程中 在熔液表面覆蓋木炭，然后繼續(xù)升溫至1200°C，再向MgAlSn合金熔液中加入步驟一稱取的 稀土元素Ce和La，攪拌均勻后保溫5min，然后扒開合金表面焊渣并撈出，冷卻，得MgAlSnRe 中間合金，其中，中頻感應(yīng)爐內(nèi)由Ar氣保護(hù)，Re代表稀土元素Ce和La ；三、將步驟一稱取的 Cu和步驟二得到的MgAlSnRe中間合金放入真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)，升溫至1200°C，保溫30min， 然后澆鑄至模具中，再隨爐冷卻，得CuMgAlSnRe合金鑄錠，其中澆鑄前模具在300°C下預(yù)熱 30min ；四、將步驟三得到的CuMgAlSnRe合金鑄錠在580°C溫度下保溫3h，然后空冷得均勻 化的CuMgAlSnRe合金鑄錠，然后將CuMgAlSnRe合金鑄錠去縮孔、錠底，車去表皮，加工成 ①40mm鑄錠；五、將步驟四得到的①40mm鑄錠加熱至800°C熱擠壓至①8. 0mm線坯，然后 退火，再清理表面后，在室溫下，將08. 0mm線坯冷拉至02. 0mm焊絲，再將02. 0mm焊絲酸 洗，即得用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲。本實(shí)施方式步驟一中銅是質(zhì)量純度在99. 9%以上的T3紫銅；鋁為純鋁，質(zhì)量 純度為99. 99% ；Mg為工業(yè)純鎂，質(zhì)量純度為99. 85^99. 95% ；Sn為工業(yè)純錫，質(zhì)量純度為 99. 0 99. 9%。
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將本實(shí)施方式得到的用于紫銅厚大件不預(yù)熱焊接的焊絲對(duì)尺寸為 250X 100X 10mm的紫銅板進(jìn)行對(duì)接熔化焊試驗(yàn)，得焊接接頭。本實(shí)施方式對(duì)焊接接頭進(jìn)行如下測(cè)試在室溫下進(jìn)行剛性拘束焊接熱裂紋試驗(yàn)進(jìn) 行表面裂紋率和斷面裂紋率的測(cè)試，采用CSS-44100型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和延 伸率的測(cè)定，采用沖擊韌性試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行沖擊韌性測(cè)試，以及彎曲性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1 所示。表1是具體實(shí)施方式
十七得到的用于紫銅厚大件不預(yù)熱焊接的焊絲對(duì)紫銅板進(jìn) 行對(duì)接熔化焊得到的焊縫金屬的性能。表 1
由表1可見(jiàn)，在室溫下進(jìn)行剛性拘束焊接熱裂紋試驗(yàn)后沒(méi)有出現(xiàn)表面裂紋和斷面裂 紋，無(wú)熱裂傾向性；而且焊縫金屬的力學(xué)性能也很好。本實(shí)施方式得到的焊縫金屬的拉伸強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到115%，其中，抗拉強(qiáng)度系數(shù)的計(jì) 算公式為焊縫金屬?gòu)?qiáng)度/母材強(qiáng)度X 100%，母材T3紫銅的拉伸強(qiáng)度為220MPa。本實(shí)施方式對(duì)得到的焊縫金屬進(jìn)行了導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，焊縫 金屬的電阻率為6. 61 X 10_8 Q m,比采用鋁青銅焊絲(焊縫金屬電阻率為1. 331 X 10_7)時(shí)降 低了 1倍，僅為母材T3紫銅的3. 5倍。焊縫金屬的熱導(dǎo)率為196Wm/K，比采用鋁青銅焊絲 (焊縫金屬熱導(dǎo)率為71. 2ffm/K)時(shí)提高1倍以上，可以達(dá)到母材紫銅的50%。采用本實(shí)施方 式的焊絲得到的焊縫的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性好。
權(quán)利要求
一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲，其特征在于用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分比由0.5%~1%的Mg、2%~7%的Al、0.1%~0.5%的稀土元素、0.5%~1%的Sn和余量的銅制成，其中稀土元素是Ce、La和Y中的一種或者其中幾種的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲，其特征在于 用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分比由0. 69Π). 8%的Mg、2. 59Γ4%的Al、 0. 159ΓΟ. 3%的稀土元素、0. 6% 0. 9%的Sn和余量的銅制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲，其特征在于用 于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲按重量百分比由0. 7%的Mg、3%的A1、0. 2%的稀土元 素、0. 8%的Sn和余量的銅制成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方法，其 特征在于用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的一、 按重量百分比稱取如下原料0. 5°/Γ %的Mg、29T7%的Α1、0. 1°/Γθ. 5%的稀土元素、0. 5°/Γ % 的Sn和余量的銅，其中稀土元素是Ce、La和Y中的一種或者其中幾種的混合物；二、將步 驟一稱取的Mg、Al和Sn放入中頻感應(yīng)爐內(nèi)，升溫至75(T850°C，保溫l(T20min得MgAlSn 合金熔液，保溫過(guò)程中在熔液表面覆蓋木炭，然后繼續(xù)升溫至115(T125(TC，再向MgAlSn 合金熔液中加入步驟一稱取的稀土元素，攪拌均勻后保溫5 10min，然后扒開合金表面焊 渣并撈出，冷卻，得MgAlSnRe中間合金，其中，中頻感應(yīng)爐內(nèi)由Ar氣保護(hù)，Re代表稀土元 素；三、將步驟一稱取的Cu和步驟二得到的MgAlSnRe中間合金放入真空中頻感應(yīng)爐內(nèi)， 升溫至115(Tl250°C，保溫25 40min，然后澆鑄至模具中，再隨爐冷卻，得CuMgAlSnRe合 金鑄錠，其中澆鑄前模具在300°C下預(yù)熱3(T60min ；四、將步驟三得到的CuMgAlSnRe合金 鑄錠在580°C溫度下保溫2. 5^3. 5h，然后空冷得均勻化的CuMgAlSnRe合金鑄錠，然后將 CuMgAlSnRe合金鑄錠去縮孔、錠底，車去表皮，加工成Φ40πιπι鑄錠；五、將步驟四得到的 Φ40mm鑄錠加熱至75(T850°C熱擠壓至Φ8. Omm線坯，然后退火，再清理表面后，在室溫下， 將Φ 8. Omm線坯冷拉至Φ 2. Omm焊絲，再將Φ 2. Omm焊絲酸洗，即得用于紫銅厚大構(gòu)件熔化 焊的銅合金焊絲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方法，其 特征在于步驟二中升溫至800°C，保溫15min得MgAlSn合金熔液。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方 法，其特征在于步驟二中然后繼續(xù)升溫至1200°C，再向MgAlSn合金熔液中加入步驟一稱取 的稀土元素，攪拌均勻后保溫5min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方法，其 特征在于步驟三中升溫至1200°C，保溫30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、5或7所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制 備方法，其特征在于步驟四中將步驟三得到的CuMgAlSnRe合金鑄錠在580°C溫度下保溫 2. 5 3. 5h。
9.根據(jù)步驟8所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制備方法，其特征 在于步驟五中將步驟四得到的O40mm鑄錠加熱至800°C熱擠壓至Φ8. Omm線坯。
10.根據(jù)權(quán)利要求4、5、7或9所述的一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲的制 備方法，其特征在于步驟五中將Φ2. Omm焊絲酸洗的酸洗液按質(zhì)量百分比由10%的硫酸，10%的磷酸，10%的鹽酸和余量的水組成 。
全文摘要
一種用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的銅合金焊絲及其制備方法，它涉及用于紫銅厚大構(gòu)件熔化焊的合金焊絲及制備方法。解決現(xiàn)有紫銅厚大構(gòu)件在熔化焊時(shí)，焊接熱裂紋嚴(yán)重，導(dǎo)致焊縫金屬及接頭力學(xué)性能差，及采用現(xiàn)有合金焊絲時(shí)焊縫導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性差的問(wèn)題。焊絲按重量百分比由0.5%~1%的Mg、2%~7%的Al、0.1%~0.5%的稀土元素、0.5%~1%的Sn和余量銅制成。制備方法稱取原料；熔煉MgAlSnRe中間合金；再將中間合金和Cu熔煉得合金焊絲；再均勻化得鑄錠；最后經(jīng)熱擠壓和冷擠壓得焊絲。采用本發(fā)明銅合金焊絲經(jīng)熔化焊對(duì)接厚大構(gòu)件紫銅得的接頭無(wú)熱裂紋，力學(xué)性能好，焊縫金屬的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性要好于現(xiàn)有合金焊絲得到的焊縫金屬。
文檔編號(hào)C22F1/08GK101850481SQ20101020589
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者于漢臣, 冷雪松, 劉雪松, 李一楠, 李春峰, 閆久春 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)