專利名稱：基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種焊接技術(shù)領(lǐng)域的合金低溫釬焊方法，具體是一種基于超 聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法。
技術(shù)背景鋁合金具有重量輕、耐腐蝕性好和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好等特性。在航空、航天、 電子、汽車、建材等軍用和民用工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是，由于鋁合金 表面容易生成致密氧化層，釬料難以潤(rùn)濕鋁合金表面，所以鋁合金的釬焊還局限 于純鋁及6063等個(gè)別牌號(hào)上，大量的強(qiáng)度級(jí)別較高的鋁合金還是無(wú)法進(jìn)行釬焊。 另一方面，由于產(chǎn)品輕量化和美觀的需求，對(duì)鋁合金進(jìn)行釬焊的需求越來(lái)越迫切， 僅僅純鋁及6063等級(jí)別鋁合金的釬焊已經(jīng)不能滿足對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和美觀的技 術(shù)要求，因此研究開發(fā)鋁合金釬焊所需的低溫釬焊方法是解決鋁合金構(gòu)件制造需 解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，鋁合金低溫釬焊主要使用鹽浴釬焊、爐中釬焊、電鍍過渡層釬焊等工 藝方法，但大多存在工藝性不好或接頭性能差的缺點(diǎn)，尚無(wú)一種環(huán)境有好、工藝 簡(jiǎn)單和接頭性能良好的工藝方法。鹽浴釬焊具有加熱快而均勻、焊件不易變形、 去膜充分的優(yōu)點(diǎn)，因而焊件質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高。特別適合于大批量生產(chǎn)，尤其 適用于密集結(jié)構(gòu)釬縫的焊接。鋁合金的鹽浴釬焊一般使用膏狀、箔狀釬料或釬料 包覆層，釬料包覆層是Al-Si共晶成分或Ai-Si亞共晶成分。目前釬焊生產(chǎn)大多使 用釬料包覆層，既能提高生產(chǎn)效率又能較好的保證釬焊質(zhì)量。其不足之處首 先.由于加熱工件和去氧化膜都靠熔鹽進(jìn)行，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，進(jìn)鹽和出鹽 都比較困難，這樣就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝帶來(lái)限制，使其復(fù)雜化，而且不容易保證 焊接質(zhì)量。其次，由于特定的使用環(huán)境和使用壽命要求，有些產(chǎn)品對(duì)耐蝕性要求 比較高，而鹽浴釬焊后工件內(nèi)殘留大量的釬劑，這樣就需要很長(zhǎng)的清洗時(shí)間。另 外，鹽浴釬焊設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)?？諝鉅t中釬焊，其設(shè)備投資小，釬焊工藝簡(jiǎn)單，操作方便。但是這種方法加熱慢，在空氣中加熱時(shí)工件表面 容易氧化，尤其在溫度高時(shí)更為顯著，不利于釬劑的去膜，而且在加熱過程中， 釬劑會(huì)因空氣中的水分而失效。電鍍過渡層釬焊鋁合金一般使用在印刷電路板、 元器件引線小面積的鋁材料，電鍍層與鋁合金表面結(jié)合不緊密，容易在釬焊處形 成裂紋。因此研究一種釬焊溫度較低、釬焊工藝性優(yōu)良、接頭綜合性能良好和經(jīng) 濟(jì)性良好的工藝方法成為鋁合金加工急需解決的技術(shù)問題。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，趙振清、王春青、杜淼和黃毅等在《焊接 學(xué)報(bào)》2005年第7期上發(fā)表的《LD31鋁合金電刷鍍SnPb釬料合金軟釬焊》，該文中 提出采用在LD31表面電刷鎳阻擋層、銅改性層，將LD31鋁合金的連接轉(zhuǎn)化為銅的 連接，在鍍銅層的表面電刷鍍SnPb釬料直接進(jìn)行釬焊，該研究實(shí)現(xiàn)了鋁合金的低 溫軟釬焊，接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)20MPa。其不足在于在釬焊鋁合金以前需要進(jìn) 行兩次電鍍工藝，工藝比較繁瑣。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)在鋁合金釬焊技術(shù)上存在的問題，提供一種基于超聲鍍敷的鋁 合金低溫釬焊方法，其目的是解決建筑鋁合金和可熱處理強(qiáng)化鋁合金的釬焊問 題，保證良好的釬焊工藝性和接頭綜合性能，釬焊溫度為260-280。C。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁 合金待悍表面，然后裝配放入氣體保護(hù)爐中進(jìn)行釬焊。所述利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁合金待焊表面是在表面經(jīng)過除去表面氧 化膜的情況下在鋁合金表面鍍敷一層均勻的釬料。所述利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁合金待焊表面，其工藝參數(shù)為鋁合金與 超聲發(fā)生盤的距離為0.5腿-3mm、超聲頻率為20KHz，鍍敷時(shí)間為15s -90s、 鍍敷溫度為20(TC-28(TC。進(jìn)一步的優(yōu)選為鋁合金與超聲發(fā)生盤的距離為 0.5-lram、超聲頻率為20KHz，鍍敷時(shí)間為15 s-45s、鍍敷溫度為260°C-280°C 。所述鋁合金表面在超聲輔助的條件進(jìn)行鍍敷，需要鍍敷的鋁合金表面置于超 聲作用面，不需要鍍敷的鋁合金表面預(yù)涂阻鍍層，能有效減少釬料的浪費(fèi)。所述裝配，是將鍍敷釬料的鋁合金表面進(jìn)行裝配，裝配時(shí)應(yīng)使鍍敷釬料層間 盡量平行，以利于釬料潤(rùn)濕，從而形成優(yōu)美焊縫。所述裝配，其鍍敷釬料層間間隙為0.05mm-0. 3mm。進(jìn)一步優(yōu)選為0. 05 mm _0. lmm。所述氣體保護(hù)爐，其中保護(hù)氣為氬氣。所述釬焊，其溫度為200°C-280°C，時(shí)間為300 s -1200s。進(jìn)一步優(yōu)選為 釬焊溫度為260°C-280°C，釬焊時(shí)間為600 s _900s。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明由于采用超聲鍍敷鋁合金的方法，從而在鋁合金和 釬料之間形成一層致密的過渡層，過渡層形態(tài)為犬牙形態(tài)，有利于釬料與母材的 牢固結(jié)合，這就等于釬料在釬焊時(shí)釬料潤(rùn)濕過渡層。鋁合金釬焊時(shí)不容易形成氧 化層，釬料更好地潤(rùn)濕鋁合金，從而形成比較完美的釬縫，所得焊縫剪切強(qiáng)度最 高可達(dá)24.74MPa。并且此方法直接將釬料鍍敷于鋁合金表面，簡(jiǎn)化了工藝流程， 提高了生產(chǎn)效率。
圖l是鋁合金超聲鍍敷原理圖。圖2是鋁合金板材雙面鍍敷焊接裝配示意圖。圖3是鋁合金夾芯結(jié)構(gòu)裝配示意圖。圖4是鋁合金板材單面鍍敷焊接裝配示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。以下實(shí)施例首先按照常規(guī)技術(shù)對(duì)鋁合金表面進(jìn)行第一次表面處理、防銹、清 洗。如圖1中，熔融低溫釬料(1)放置于加熱容器(3)中，待焊接的鋁合金表 面經(jīng)過去除油污，清除焊件表面的氧化皮，在室溫下用洗衣粉水洗，然后用清水 沖洗。清水沖洗以后，經(jīng)過砂紙打磨，再清水沖洗，再在10%麗03酸溶液里進(jìn)行 化學(xué)清洗5min，然后經(jīng)清水沖洗后烘干。不需要鍍敷釬料的表面涂上綠油，將 需鍍敷的鋁合金表面平行于超聲換能平面鍍敷。然后進(jìn)行超聲鍍敷、第二次表面 處理、組裝成型和氣保護(hù)釬焊工序。 實(shí)施例l在圖2所示實(shí)施例中，上層6061鋁合金1經(jīng)過如圖1所示過程鍍敷釬料層2，同 樣下層6061鋁合金4鍍敷釬料層3，超聲鍍敷參數(shù)超聲頻率為20kHz、鍍敷時(shí)間為 15s、 30s和45s、鍍敷溫度為260'C、 27(TC和280。C，鍍敷好的鋁合金表面經(jīng)過清 水沖洗表面，酒精擦拭后用夾具將上下鋁合金裝配好，裝配間隙為0.05皿，放入 氬氣保護(hù)爐中，并且上下兩鋁合金的鍍敷工藝是一樣的，工件的施焊溫度與鍍敷 溫度相伺，釬焊時(shí)間分別為900s，取出置于空氣中冷卻。對(duì)板材的9組試驗(yàn)經(jīng)宏觀檢査，26(TC鍍敷的表面孔穴密度最小、270和280'C 的孔穴相差無(wú)幾；從表面孔穴大小來(lái)看，26(TC最小，其次為28(TC，最大的為270 'C;并且孔穴密度和大小隨鍍敷時(shí)間和溫度的增加而增加。釬焊所得焊縫成形良 好、外表光滑、表面無(wú)裂紋。經(jīng)拉伸試驗(yàn)可得26(TC鍍敷時(shí)間為15s、 30s和45s 裝配間隙為O. 05mra的剪切強(qiáng)度分別為22. 88MPa、 9. 36MPa和24. 74MPa; 270。C鍍敷 時(shí)間為15s、 30s和45s裝配間隙為0. 05腿的剪切強(qiáng)度分別為15. 72MPa、 12. 92MPa 和IO. 99MPa; 28(TC鍍敷時(shí)間為15s、 30s和45s裝配間隙為0. 05mm的剪切強(qiáng)度分別 為17. 59MPa、 12. 01MPa和19. 52MPa。實(shí)施例2在圖3所示的實(shí)施例中，上蓋板6063鋁合金下表面、上蓋板6063鋁合金上表 面和芯板6063鋁合金待焊表面經(jīng)過圖1所示鍍敷一層釬料，然后用夾具如圖3所示 裝配好，裝配間隙為0.05mm，放入氬氣保護(hù)爐中，在280'C施焊900s后，取出置 于空氣中冷卻。宏觀觀察釬縫發(fā)現(xiàn)，釬料填滿焊縫，釬縫表面光滑，表面無(wú)裂紋 紋、氣孔。實(shí)施例3在圖4所示的實(shí)施例中，上層6061鋁合金1經(jīng)過如圖1所示過程鍍敷釬料層2， 具體工藝參數(shù)為超聲頻率為20kHz、鍍敷時(shí)間為45s和鍍敷溫度為26(TC，下層6061 鋁合金沒有鍍敷釬料層，裝配間隙為0.05mm，在釬料表面涂敷有機(jī)胺釬劑后放入 260。C的氬氣保護(hù)爐中1200s后隨爐冷卻用清水清洗工件。用清水清洗后的焊縫外 觀發(fā)現(xiàn)，焊縫飽滿，表面無(wú)氣孔、裂紋等缺陷。
權(quán)利要求
1、一種基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征在于，利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁合金待焊表面，在鋁合金表面除去表面氧化膜的情況下，在鋁合金表面鍍敷一層均勻的釬料，然后裝配放入氣體保護(hù)爐中進(jìn)行釬焊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征是，所述利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁合金待焊表面，其工藝參數(shù)為鋁合金與超聲發(fā)生盤的距離為0.5 mm -3mm、超聲頻率為20KHz，鍍敷時(shí)間為15s -90s、鍍敷 溫度為200°C-280°C。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征是， 所述利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁合金待焊表面，其工藝參數(shù)為鋁合金與超聲 發(fā)生盤的距離為0. 5-lmm、超聲頻率為20KHz，鍍敷時(shí)間為15 s _45s、鍍敷溫 度為260°C-280°C。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征是， 所述鋁合金表面在超聲輔助的條件進(jìn)行鍍敷，其中需要鍍敷的鋁合金表面置于超 聲作用面，不需要鍍敷的鋁合金表面預(yù)涂阻鍍層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征是， 所述裝配，是將鍍敷釬料的鋁合金表面進(jìn)行裝配，裝配時(shí)使鍍敷釬料層間盡量平 行，鍍敷釬料層間間隙為0.05 mm-0.3mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征 是，所述裝配，其鍍敷釬料層間間隙為0.05 mm -0. lmm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征是， 所述氣體保護(hù)爐，其中保護(hù)氣為氬氣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬悍方法，其特征是， 所述釬焊，其溫度為200°C-280°C，時(shí)間為300 s -1200s。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲鍍敷的鋁合金低溫釬焊方法，其特征是， 所述釬焊，其溫度為260°C-280°C，釬焊時(shí)間為600 s -900s。
全文摘要
本發(fā)明公開的是一種焊接技術(shù)領(lǐng)域的基于超聲鍍敷釬料的鋁合金低溫釬焊方法。它利用超聲作用將釬料鍍敷于鋁合金待焊表面，然后裝配放入氣體保護(hù)爐中進(jìn)行釬焊。鋁合金表面在超聲輔助的條件進(jìn)行鍍敷，其中需要鍍敷的鋁合金表面置于超聲作用面，不需要鍍敷的鋁合金表面預(yù)涂阻鍍層。此種方法不僅能低溫釬焊鋁合金板材，也適合于鋁合金夾芯結(jié)構(gòu)的低溫釬焊。
文檔編號(hào)C23C26/02GK101234446SQ20081003429
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者敏 丁, 舜 姚, 張培磊, 張振宇, 培 裴 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)