一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于金屬連接領(lǐng)域，具體涉及一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法。本發(fā)明提供的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法通過將低碳鋼試樣打磨、洗凈后預(yù)熱，利用加熱板將試樣加熱到240℃～260℃，將混合釬劑布撒到母材打磨后的焊接位置，同時(shí)將釬料持續(xù)送入焊接位置的熔化液滴中，將浸鍍過焊錫的紫銅導(dǎo)線直接插入低碳鋼試樣焊接位置的焊錫液滴，潤濕形成完整的接頭，待液滴完全凝固后，可靜置冷卻至室溫得到。本發(fā)明提供的連接方法相較于傳統(tǒng)焊接方式，具有設(shè)備簡單、原料簡單、工藝簡便、焊接溫度低等優(yōu)點(diǎn)。利用本發(fā)明提供的連接方法得到的焊接接頭具有電阻率低，接頭的可重復(fù)性好的優(yōu)良性能。
【專利說明】一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明屬于金屬連接領(lǐng)域，具體涉及一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]為了研究金屬材料，尤其是碳鋼等黑色金屬材料的電化學(xué)腐蝕過程發(fā)生的原因及規(guī)律，常采用電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，進(jìn)行極化曲線測量。一般需用石蠟對試樣進(jìn)行蠟封，在試樣上留出Icm2面積進(jìn)行測試，此外，試樣還需采用導(dǎo)線與電化學(xué)工作站進(jìn)行連接，連接接頭金屬的暴露位置同樣需要進(jìn)行蠟封。
[0003]在對碳鋼等鐵基材料進(jìn)行制樣的過程中，往往需要將鐵基材料與紫銅導(dǎo)線進(jìn)行連接。在金屬連接過程中，尤其是在非承載結(jié)構(gòu)的連接中，常常采用釬焊進(jìn)行連接。釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。既能夠保證接頭質(zhì)量，又能夠保證連接工藝基本不影響母材性能。目前常用的連接方式除焊接外，還存在壓接、鉆孔等連接方式。壓接則主要依靠機(jī)械力對試樣間進(jìn)行材料的物理連接，其電阻率往往由于壓接力的不同、卡具不同而存在較大差異，從而導(dǎo)致極化曲線的差異；鉆孔連接同樣存在重復(fù)性差、連接電阻率不穩(wěn)定等缺陷。因此，采用焊接方式，最為可靠，而釬焊由于其設(shè)備小巧、連接穩(wěn)定、連接頭電阻率低等優(yōu)勢，成為最為適宜導(dǎo)通接頭的連接方式。
[0004]美國焊接學(xué)會(AWS)規(guī)定，當(dāng)釬料液相線溫度高于450°C，屬于硬釬焊，低于450°C，則屬于軟釬焊，而我國一般以350°C作為分界線。對于碳鋼等材料連接，通常采用電弧焊、硬釬焊進(jìn)行連接，此類連接方法焊接溫度高，熱影響區(qū)大，而且往往由于熱源溫度高，導(dǎo)致試樣的燒蝕和涂層的破壞等。此外，由于熱影響，還會造成晶粒長大、組織變化等現(xiàn)象，對測量材料的極化曲線的準(zhǔn) 確度造成一定影響。
[0005]針對碳鋼母材，其相轉(zhuǎn)變最低溫度為727°C，因此，焊接過程若想基本不影響母材性能，應(yīng)保證焊接溫度低于727°C。因此若采用釬焊連接碳鋼基體與紫銅導(dǎo)線，應(yīng)滿足焊接溫度低于727°C。此外，碳鋼材料的再結(jié)晶溫度一般在0.4Tm,以Q235鋼(A3鋼亦屬此類)為例，其碳含量在0.2左右，其熔點(diǎn)溫度為1500°C左右(1495~1538°C )，則再結(jié)晶溫度在600 0C左右，在此溫度以下則不易出現(xiàn)新的等軸晶。
[0006]異種材料焊接以Cu母材與碳鋼母材為例，如采用釬焊，則需釬料與兩種母材均能潤濕，并發(fā)生反應(yīng)，生成化合物?，F(xiàn)在針對上述兩種母材，多采用電弧焊或硬釬焊方法。如《現(xiàn)代焊接》碳鋼與紫銅的焊接工藝研究中，記述了采用Ag50CuZnCd釬料進(jìn)行釬焊，釬焊溫度> 800°C ;此外，還有采用H62黃銅釬料進(jìn)行焊接的。但上述釬料均為硬釬焊，不能滿足保持原有母材相和組織的要求，若要保持碳鋼組織，應(yīng)將釬焊溫度降低到600°C以下。而采用軟釬焊則更為合適。但目前，僅銅基、鎳基等材料可通過軟釬焊進(jìn)行連接。而碳鋼與銅的軟釬焊連接未見報(bào)道。【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]為克服上述碳鋼與紫銅通過傳統(tǒng)工藝焊接過程中存在的不足，本發(fā)明提供了一種低溫連接碳鋼與紫銅異種材料的方法，降低了接頭電阻率以及連接工藝對于母材的熱影響，保證接頭的良好性能。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明提供了一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，包括制樣和測試步驟，其中制樣包括將試樣與導(dǎo)線的低溫連接，其中低溫連接包括下述步驟:
[0010]I).備樣:將凈化打磨后碳鋼試樣烘干后用電熱板將碳鋼試樣預(yù)熱并保持在240°C~260°C，并于碳鋼試樣上布撒混合釬劑和釬料；碳鋼試樣的上下表面為平行面，碳鋼試樣打磨的粗糙度為3.2微米以下。
[0011]2).焊接導(dǎo)線:將經(jīng)浸鍍處理的紫銅導(dǎo)線同經(jīng)步驟I)處理的碳鋼試樣接觸，冷卻至室溫，即得。
[0012]本發(fā)明提供的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法中，碳鋼母材的碳含量< 0.3% ;采用的混合釬劑的熔點(diǎn)為180°C~249°C，混合釬劑由ZnCl2和NH4Cl組成，混合釬劑中NH4Cl的質(zhì)量百分比為16%~26% ;釬料為軟釬料中的Sn釬料或Sn-3.5Ag。[0013]本發(fā)明中先將碳鋼母材切割成塊體或薄片試樣(如直徑為5mm~20mm的圓柱或長方體試樣，薄片試樣亦可)以滿足電化學(xué)試驗(yàn)應(yīng)用，將試樣上下表面加工為平行面，須將試樣焊接位置打磨為表面粗糙度3.2微米以下，可單個(gè)試樣加熱或小批量試樣加熱；焊接前，應(yīng)將電熱板表面清理干凈，無殘?jiān)?、液體或易揮發(fā)物殘留。隨后進(jìn)行預(yù)熱；首先，將電熱板預(yù)熱到232°C以上溫度，采用的加熱板的控溫精度為1°C，減少了在加熱過程中溫度驟變對整個(gè)母材的影響，使得釬料持續(xù)熔化并充分潤濕母材，保證了最終焊接頭具有良好的性能；并保證母材具有一定的過熱度，根據(jù)相圖可知，當(dāng)Sn的加熱溫度達(dá)到232°C以上10~15°C便可出現(xiàn)液相，熔化后的Sn可與母材迅速反應(yīng)。母材金屬中的Fe與Sn生成FeSn和FeSn2兩種成分固定的穩(wěn)定化合物，利用這一原理，可以滿足Fe相與FeSn (FeSn2)相與Sn相的穩(wěn)定過渡，即滿足Sn與鐵基母材的潤濕，并形成分子結(jié)合。最終形成穩(wěn)定的接頭。釬料的選擇上，較軟釬料中的鉛基、鋅基等釬料而言，純Sn或Sn-3.5Ag的使用，使得最終制得的接頭在性能上更優(yōu)良。
[0014]由于無防護(hù)(覆蓋層、氣氛)的Fe基材料在加熱中極易氧化，故而溫度不宜過高，當(dāng)溫度超過200°C即會發(fā)生明顯氧化。在拋光的焊接位置出現(xiàn)棕黃色氧化層，隨加熱時(shí)間延長或溫度升高，氧化量逐漸增大。焊接過程中，可用紅外測溫儀測量試樣溫度，當(dāng)試樣溫度達(dá)到232°C以上溫度并保證一定過熱度后，將助焊劑添加到母材焊接面上，同時(shí)用焊錫絲直接接觸鐵基母材焊接位置，待焊絲熔化，助焊劑在液態(tài)錫覆蓋下逐漸清除焊接表面的氧化物，由于液態(tài)錫覆蓋，阻止了助焊劑的迅速揮發(fā)，保證了助焊劑對表面的清潔作用。隨著焊接表面凈化以及Fe與Sn反應(yīng)的完成，釬料逐漸與基體潤濕，并逐漸鋪展，當(dāng)潤濕角大于90°后，即可認(rèn)為在基體Fe與釬料Sn之間生成了 FeSn (FeSn2)過渡層，從而完成母材的反應(yīng)，隨后，可將試樣從電熱板上移除，在試樣臺靜置。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]I)設(shè)備簡單:僅用電熱板即可完成純銅與碳鋼的異種材料連接；[0017]2)原料簡單:所用原料均可通過市售獲得，僅需ZnCl2, NH4Cl,純Sn焊錫絲；
[0018]3)工藝簡便:通過現(xiàn)有釬料選擇、焊接溫度控制、釬劑配比優(yōu)化即可獲得良好的焊接接頭；
[0019]4)焊接溫度低:避免了通過硬釬焊連接帶來的高溫，將焊接溫度控制在300°C以下，熱影響區(qū)小，遠(yuǎn)低于碳鋼的退火溫度，對母材微觀組織及性能影響??；
[0020]5)焊接接頭性能優(yōu)良:得到的焊接接頭電阻率低，接頭的可重復(fù)性好。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]實(shí)施例1[0022]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10臟，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1臟，釬料采用純Sn釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用“松香”進(jìn)行助焊，釬劑的熔點(diǎn)溫度為:135°C。首先將試樣加熱到245°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將釬料持續(xù)送入接觸位置的熔化液滴，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬劑先于釬料熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0023]實(shí)施例2
[0024]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10mm，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1mm，釬料采用純Sn釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用ZnCl274%，NH4C126%，熔點(diǎn)溫度為:180°C，首先將試樣加熱到235°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將純Sn持續(xù)送入接觸位置的熔化液滴，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬劑先于釬料熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0025]實(shí)施例3
[0026]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10臟，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1臟，釬料采用純Sn釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用ZnCl284%，NH4Cl 16%，熔點(diǎn)溫度為:249°C，首先將試樣加熱到255°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將Sn-3.5Ag持續(xù)送入接觸位置的熔化液滴，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬料先于釬劑熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0027]實(shí)施例4
[0028]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10臟，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1臟，釬料采用純Sn釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用ZnCl290%，NH4Cl 10%，熔點(diǎn)溫度為:240°C，首先將試樣加熱到230°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將鉛基釬料持續(xù)送入接觸位置的熔化液滴，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬料釬料均未熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0029]實(shí)施例5
[0030]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10mm，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1mm，釬料采用純Sn釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用ZnCl290%，NH4Cl 10%，熔點(diǎn)溫度為:240°C，首先將試樣加熱到240°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將Sn持續(xù)送入接觸位置的熔化液滴，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬劑與釬料幾乎同時(shí)熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0031]實(shí)施例6
[0032]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10臟，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1臟，釬料采用純Sn釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用ZnCl284%，NH4Cl 16%，熔點(diǎn)溫度為:249°C，首先將試樣加熱到240°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將Sn-3.5Ag持續(xù)送入焊接位置的熔化液滴中，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬料先于釬劑熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0033]實(shí)施例7
[0034]母材采用Q235碳鋼，切割為直徑10mm，高度IOmm圓柱，紫銅導(dǎo)線直徑1mm，釬料采用Sn3.5Ag共晶釬料進(jìn)行焊接，釬劑采用ZnCl290%，NH4C110%，熔點(diǎn)溫度為:240°C，首先將試樣加熱到240°C，將釬劑布撒到母材焊接位置，同時(shí)將鋅基釬料持續(xù)送入接觸位置的熔化液滴，隨焊絲不斷熔化，液滴逐漸變大，釬料先于釬劑熔化，隨后進(jìn)行導(dǎo)線焊接，冷卻至室溫，形成接頭。
[0035]依據(jù)上述I~7各實(shí)施例中均對Q235碳鋼打磨至表面粗糙度為3.2微米以下，先用氫氧化鈉清洗，隨后用丙酮清洗后烘干，預(yù)熱至250°C后進(jìn)行碳鋼試樣母材反應(yīng)和與紫銅導(dǎo)線焊接。將I~7各實(shí)施例中的碳鋼(直徑IOmm,高度IOmm圓柱)、紫銅導(dǎo)線直徑(1mm，長20cm)、接頭組成的導(dǎo)體進(jìn)行電阻測量，對比各實(shí)施例的導(dǎo)電性能，每實(shí)施例制作6組平行式樣，取平均值。所得電阻結(jié)果見表1所示。
[0036]各實(shí)施例焊接結(jié)果如表1所示:
[0037]表1各實(shí)施例焊接結(jié)果
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，所述低溫連接包括下述步驟: 0.備樣:將凈化打磨后碳鋼試樣烘干后用電熱板將碳鋼試樣預(yù)熱并保持在240°c?260°C，并于碳鋼試樣上布撒混合釬劑和釬料； 2).焊接導(dǎo)線:將經(jīng)浸鍍處理的紫銅導(dǎo)線同經(jīng)步驟I)處理的碳鋼試樣接觸，冷卻至室溫，即得。
2.如權(quán)利I所述的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，其特征在于:所述碳鋼母材的碳含量< 0.3%。
3.如權(quán)利I所述的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，其特征在于:所述混合釬劑的熔點(diǎn)為180°C?249°C。
4.如權(quán)利3所述的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，其特征在于:所述混合釬劑由ZnCl2和NH4Cl組成，混合釬劑中NH4Cl的質(zhì)量百分比為16%?26%。
5.如權(quán)利I所述的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，其特征在于:所述釬料為軟釬料。
6.如權(quán)利I所述的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，其特征在于:所述軟釬料為Sn釬料或Sn-3.5Ag。
7.如權(quán)利I所述的一種電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)用低碳鋼、紫銅導(dǎo)線的低溫連接方法，其特征在于:將所述碳鋼試樣的上下表面為平行面，碳鋼試樣打磨的粗糙度為3.2微米以下。
【文檔編號】G01N1/28GK103624357SQ201310687706
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】聶京凱, 韓鈺, 朱全軍, 陳新, 李現(xiàn)兵, 樊超, 陳川, 馬光, 祝志祥, 楊富堯, 孔曉峰, 何明峰, 王斌, 江應(yīng)滬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司