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1、铝合金高温空气炉中钎焊工艺探讨2005年6月江南航天科技第2期铝合金高温空气炉中钎焊工艺探讨刘勇万有红(贵州航天凯天科技有限责任公司)摘要介绍了铝及铝合金高温空气炉中钎焊,通过对炉中钎焊规范的分析,钎料,钎剂熔化时间,零件间隙,定位方法,钎剂和钎料选放位置等问题进行了探讨.主题词铝及铝合金高温空气炉中钎焊1前言铝及铝合金在人造卫星,火箭,导弹,微波器件,飞机,汽车水箱,空调散热器或热交换器等的制造上,为了减轻重量,降低能耗,提高效率和增强机动性能都尽可能地代替铜,甚至代替钢.能否取代的关键在于铝及铝合金的焊接,而精密又方便的工艺首推钎焊.在钎焊过程中,铝及铝合金的钎焊不同于铜基材和黑色金属材料
2、的钎焊.一方面是由于铝表面氧化的热稳定性很大;另一方面是因为铝有显着的负电性,由于铝的负电特性容易使钎缝产生接触腐蚀,为了防止接触腐蚀带来的危害,在选择钎料时根据钎焊方式的不同可在其中添加微量元素,使其性能满足所选择的焊接方式.在铝合金的高温钎焊工艺中,目前国内外大部分采用盐浴钎焊,这种方法传热均匀,操作简单,但是污染严重,设备投资大,需要有较复杂的专用工装,一般适用于大批量生产,不适用于批量小,品种多,要求高的产品的生产.在真空钎焊中,虽然它具有焊件不用清洗,钎缝不易腐蚀等优点,但是在真空钎焊过程中要添加镁块作为活化剂,才能实现零件的焊接.由于镁在温度约为400时就开始升华,这一温度大大低于
3、钎焊温度,因此必须使用较大量的这种金属蒸气以保证在钎焊温度下有足够的镁蒸气,而过多的镁蒸气产生的氧化物会导致钎焊炉室的严重污染.高温空气炉中钎焊操作方便,设备简单,它可利用箱式电阻炉进行改装而成,这种钎焊炉通常用来钎焊一些较为简单的零件.用它来钎焊形状复杂的零件则是一种新的尝试.本文针对炉中钎焊的一些问题如钎剂,钎料的使用及钎缝质量的控制进行了探讨.2钎剂铝及铝合金在空气中受高温时,很容易被氧化,氧化层的厚度与温度的高低和时间的29长短有关.较厚的氧化膜对铝及铝合金能否进行钎焊起决定性作用,如果要在大气中进行铝及铝合金钎焊则必须使用钎剂.钎剂除了起覆盖,去膜与活化作用外,利用它的熔点,在手工火
4、焰钎焊时还可作为一种温度的指示剂(利用铝及铝合金不因加热温度的升高而明显改变本身的颜色).为了不削弱钎剂,钎料在基体金属钎缝上的流动性,必须让熔化的钎料能很容易地把钎剂从钎缝中排挤出去,所以钎剂在钎焊温度下的粘性和表面张力的大小很重要,这是在选择钎剂时需要考虑的;另外钎剂在钎焊过程中的反应速度随着基体金属,钎料和附加零件温度的升高而加快,当钎剂熔化后,在特定的时间内钎剂如不能及时流布,随着加热时间的延长钎料的流布特性将下降,从而导致钎剂的失效.因此选择钎剂的成分时,在满足钎焊过程的全部要求中还包括时间因素,钎剂的使用技术和方法以及钎焊所需的时间对钎焊质量影响很大,因为有许多变化的因素影响钎剂的
5、适用性,如基体金属,钎料,钎焊的方法,钎焊所需的时间,升温速度及接头的复杂程度等.如果想得到优质焊缝必须选择所用钎剂的最佳性能规范及使用方法:2.1钎剂使用的温度和时间规范钎剂必须在钎焊的温度范围内都保持有效,钎剂熔化后其最高活性时间根据其活化剂的不同而存在差异.如当只含ZnCI:和兼ZnCI:,CdCI:的钎剂熔化后,其最高活性时间分别为30s和2.5min,所谓最佳规范就是掌握或控制基体金属升温速度,使钎料的流动发生在钎剂最高活性时间内.2.2钎剂的使用方法用于铝及铝合金的钎剂大都采用干粉状态,这对于手工火焰钎焊问题不大,因为可以采用加热钎料来蘸取干粉于适当时加入钎缝.但对于炉中钎焊,一般
6、都要求在入炉前先将钎料,钎剂放在工件上,这一要求在很多时候很难做到,对于复杂的高精度组合件有很多特殊位置的钎缝更加困难,常常因为干粉状钎剂和块状钎料无法放入因而无法进行.理想的方案是将这种钎剂用蒸馏水或丙酮调制成糊状,用这种糊状钎剂可在焊前将钎料可靠地粘附在所需位置,而且保证钎焊过程在钎缝中流动均匀,既简化了钎焊工艺又保证了钎焊质量.3钎料由于铝及铝合金基体的熔点与钎料的熔点很接近,因此必须精确地控制加热温度和时间,以防止基体金属温度过高而使钎缝发生腐蚀.在选用钎料时,根据所用的钎焊方式及母材的焊接性来选择合适的钎料;为了使用的方便,可把钎料做成各种截面尺寸的丝.在炉中钎焊中,为了使钎料能与基
7、体金属钎缝很好的接触,一般采用各种尺寸截面的焊丝.4影响铝及铝合金钎焊质量的因素4.1熔蚀熔蚀主要是由于零件热容量和表面换热条件不同而引起的基体金属熔蚀.对于结构比较简单的焊接组件,可通过焊后加工来弥补因钎缝基体金属的熔蚀产生的缺陷:对于结构复杂热容量和表面换热条件相差很大的焊接组件,焊后不能或不易再进行机械加工的,就会因钎焊炉温选用不当使组件有的部位因温度不够而焊不透,有的部位却因局部过热而熔蚀,从而导致整个组件报废.4.2时间钎剂,钎料熔点差对炉中钎焊一般为20左右,零件升温速度必须达到40C/min以上;当钎剂熔化后钎料的熔化时间要选在钎剂活性剂达到最高活性时间,这样才可得到优质的钎缝.
8、4-3间隙接头间隙对钎缝质量的影响非常大,由于间隙不合理,易产生夹渣,气孔,钎不透,钎料流失,熔蚀变形等不良影响.对LF21母材进行多次实验发现要得到相同质量的钎缝,采用不同的钎焊方式其间隙大小不同,手工火焰钎焊要求的装配间隙大于高温空气炉中钎焊要求的装配间隙.炉中钎焊的装配间隙以0.O10.08ram为宜,间隙过大(即大于0.1mm以上)在钎缝(对接接头)进行二次焊接时原钎缝容易形成凹陷,而且钎缝的抗拉,抗剪性能都不及小间隙,间隙过小对钎缝不利.因此在钎焊时,要保证零件有一较为合理的装配间隙.4.4定位方法各种定位方法都要使得所钎焊零件能在钎焊温度下保持适当的间隙,不影响钎焊均匀升温和钎剂,
9、钎料的流动.钎焊定位的方式可通过三种方式实现;首先是机械定位,对机械定位的组件其零件及工装的加工原则以加工方便,重量轻,吸热少,不破坏已定好的钎焊间隙为宜.其次通过自锁定位,自锁定位是通过零件自身重力的作用来实现,此时应注意零件错位现象的发生.再次是采用压弧焊或激光点焊来定位.4.5钎料,钎剂选放位置钎料,钎剂选放的位置也很重要,应使钎料,钎剂放于最佳位置.所谓最佳位置就是指钎料,钎剂都能以最短的流动距离填满所有钎缝,因为所选用的钎料,钎剂的流动性和润湿能力都是很强的.钎料,钎剂的流动速度即使再快也得需要一定时间,随着时间延长钎剂的流动由大变小,而基体金属的温度也相应随着时间的延长而升高.这样就使钎缝不连续或产生熔蚀.钎料钎剂放置的位置最好是钎焊后能加工掉的地方.5结论通过多年对铝合金钎焊的实践及其高温空气炉钎焊工艺的探讨,认为:(1)高温空气炉钎焊是所有高温钎焊中最经济,最方便的焊接方式,特别适合于小零件,小批量生产.(2)在选择钎剂,钎料时要考虑钎料的熔化,必须发生在钎剂熔化后的最高活性时间内.(3)钎焊质量的控制,除了确定合适的钎焊规范外,要考虑钎剂,钎料的选放位置及零件的定位方式.参考文献(略)31
