某型鋁合金機(jī)箱真空釬焊工藝研究

喬平　張紅娟　羅錫　朱光輝　王智峰

摘 要：本文從鋁合金真空釬焊原理機(jī)制、工藝參數(shù)、零件表面處理、釬焊夾具設(shè)計(jì)應(yīng)用及鋁合金機(jī)箱焊接質(zhì)量等方面進(jìn)行闡述，依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了真空釬焊夾具，總結(jié)了某型鋁合金機(jī)箱真空釬焊工藝，為后續(xù)生產(chǎn)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋁合金;真空釬焊;夾具

Abstract：The principle and mechanism of vacuum brazing of aluminum alloy，the technological parameters，the surface treatment，the design and application of Brazing fixture and the welding quality of aluminum alloy chassis are described，the vacuum brazing process of a certain type of aluminum alloy chassis is summarized，which provides the basis for the following production.

Key words：aluminum alloy;vacuum braze;fixture

鋁合金具有重量輕、耐腐蝕性好、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能佳等優(yōu)點(diǎn)，常被用在航空航天、汽車船舶等領(lǐng)域，用于制作熱交換器及一些形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。鋁及鋁合金焊接過程中容易被氧化，生成三氧化二鋁薄膜，很難去除，會妨礙焊接的順利進(jìn)行，而且會出現(xiàn)夾渣、氣孔等缺陷。鋁合金真空釬焊工藝無需使用釬劑，在真空條件下可以極大程度降低焊接過程的氧化作用，提高生產(chǎn)效率。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，介紹鋁合金機(jī)箱真空釬焊工藝方法。

1 鋁合金真空釬焊的原理機(jī)制

真空釬焊是在真空狀態(tài)下，將真空爐內(nèi)溫度設(shè)定到某一區(qū)間。在該溫度下，母材處于固體狀態(tài)，釬料處于液體狀態(tài)。液態(tài)的釬料在母材的表面上潤濕、毛細(xì)流動、填充、鋪展，與母材相互作用，最終冷卻凝固，實(shí)現(xiàn)冶金的連接方法[1]。

鋁合金對氧的親和力很大，焊接時(shí)表面形成一層致密的氧化膜，阻礙釬料與母材的結(jié)合，這是鋁合金焊接時(shí)的主要障礙之一。在真空條件下，大部分氣體可以被清除，氧氣含量極低，有效排出了空氣對焊接的有害影響，真空狀態(tài)下可以去除氧化膜。此外金屬M(fèi)g在去除氧化膜中可以發(fā)揮重要作用。通過加熱處理，使Mg揮發(fā)轉(zhuǎn)化為Mg蒸氣，達(dá)到對釬料表面的氧化膜予以去除的目的。Mg熱膨脹系數(shù)較鋁熱膨脹系數(shù)更低，通過加熱，鋁得到快速膨脹，膨脹速率相對慢的氧化膜則不斷開裂。Mg蒸氣與真空爐中殘留水蒸氣形成化學(xué)反應(yīng)。釬料溶化后可發(fā)揮吸附功效，使得氧化膜強(qiáng)度下降，氧化膜開裂同時(shí)溶化至釬料，進(jìn)一步液態(tài)釬料實(shí)現(xiàn)對母材的濕潤[2]。

2 真空釬焊工藝研究

2.1 機(jī)箱介紹

本文研究的加固機(jī)箱箱體由左右側(cè)板、前框、前導(dǎo)軌板和后導(dǎo)軌板五個(gè)零件焊接而成，前導(dǎo)軌板內(nèi)部設(shè)計(jì)為耐熱通風(fēng)通道，通風(fēng)部分采用翅片板形成夾層。如何控制箱體焊接變形量并保證焊接后各配合尺寸為工藝難點(diǎn)和重點(diǎn)。

2.2 清洗

真空釬焊前對各焊接零件進(jìn)行清洗，是保證鋁及鋁合金焊縫質(zhì)量的重要措施。鋁合金零件清洗是為了去除表面氧化膜及油污，促進(jìn)真空釬焊釬料與母材結(jié)合。清洗方法為化學(xué)清洗，采用有機(jī)溶劑去除鋁合金零件表面油污。清洗流程為有機(jī)去油-堿洗-流動水洗-酸洗-流動水洗-干燥。清洗完成后零件放置在潔凈干燥的容器內(nèi)，防止水汽等污染零件表面。

除了化學(xué)清洗外，還可以用機(jī)械方法進(jìn)行清潔，去除鋁合金表面氧化膜。如拋光打磨、砂紙打磨等。此方法效率低，不適宜大批量生產(chǎn)。

2.3 零件裝配

鋁合金零件組裝之前，對零件進(jìn)行校正，保證裝配面平整。零件需用酒精進(jìn)行清潔，保證零件表面無污染。各鋁合金零件組裝為箱體，用螺釘將各零件緊固組裝。釬料放置在組裝零件的焊接面，螺釘既緊固各零件，也對釬料進(jìn)行緊固，保證釬料填滿焊接區(qū)域。在組裝過程中，應(yīng)佩戴干凈細(xì)紗手套，防止組裝過程中污染零件表面，影響焊接質(zhì)量。

2.4 夾具設(shè)計(jì)及安裝

為保證焊接箱體的焊接質(zhì)量，防止箱體焊接變形過大，本文設(shè)計(jì)了一種專用工裝來保證釬焊接頭的裝配。采用兩種通用工裝來輔助焊接，保證焊接質(zhì)量，防止焊接變形過大。

2.4.1 專用工裝

由于該箱體內(nèi)部有翅片，翅片區(qū)域尺寸狹小，通用工裝難以進(jìn)行緊固。為保證翅片附近的焊接接頭質(zhì)量，設(shè)計(jì)了1Cr18Ti9Ni材料專用工裝，如圖2所示。

2.4.2 通用工裝-矩形夾

前框與左右側(cè)板連接區(qū)域尺寸較大，可以用通用矩形夾進(jìn)行緊固，如圖3所示。

2.4.3 通用工裝-可調(diào)節(jié)支桿

真空釬焊中零件受熱變形，為了防止左右側(cè)板之間的變形量過大，采用可調(diào)節(jié)支桿支撐于左右側(cè)板之間。如圖4所示。

2.4.4 箱體組裝工裝

各零件組裝釬料之后，用工裝組裝箱體，如圖5。

2.5 真空釬焊

鋁合金真空釬焊的主要工藝參數(shù)有：加熱速率、保溫時(shí)間、冷卻速率、真空度、爐溫均勻性、真空釬焊溫度等，這些因素均會影響真空釬焊的焊接接頭質(zhì)量。一般在加熱階段要求真空爐內(nèi)真空度不大于3×10-3Pa，小型、薄板鋁合金組件的加熱速率建議為10℃/min。使用工裝組裝的鋁合金組件，需降低加熱速率，延長保溫時(shí)間，使鋁合金組件受熱均勻。

為了使零件充分受熱，一般在釬料的固液相線以下保溫一段時(shí)間，保溫時(shí)間的長短與零件的厚度、大小以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度有關(guān)。保溫階段要求真空度不大于3×10-3Pa，若真空度達(dá)不到要求，需要延長保溫時(shí)間，待滿足真空度要求后，方可繼續(xù)升溫。

真空釬焊溫度優(yōu)選為高于釬料固液相線溫度30℃-100℃，低于母材的固液相線溫度[3]。保溫時(shí)間應(yīng)能保證釬料與母材充分作用，保證焊接接頭的形成。保溫時(shí)間過長或過短，都會影響焊接接頭的質(zhì)量。應(yīng)延長使用工裝組裝的鋁合金組件的焊接保溫時(shí)間，以保證焊接接頭質(zhì)量。

真空釬焊后可選擇自然隨爐冷卻和充氣冷卻。本次真空釬焊過程采用自然隨爐冷卻至室溫，隨后去除焊接件。

3 焊接質(zhì)量

由于真空爐設(shè)備、工藝方法及環(huán)境等多方面因素的影響，釬焊過程中往往會產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋、溶蝕、變形等缺陷，需對焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容一般包括尺寸及形位精度、變形量、焊接接頭外部質(zhì)量檢驗(yàn)、接頭強(qiáng)度、釬透率等。若設(shè)計(jì)文件及工藝文件沒有要求進(jìn)行接頭強(qiáng)度、接頭內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)，則可不進(jìn)行該項(xiàng)內(nèi)容[3]。

4 結(jié)語

本文以某型鋁合金機(jī)箱真空釬焊為例，對真空釬焊原理進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了鋁合金加固機(jī)箱的真空釬焊工藝。根據(jù)加固機(jī)箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專用工裝夾具。通過對真空釬焊參數(shù)的分析、篩選和實(shí)驗(yàn)，確定了合理的工藝方案。提高了鋁合金加固機(jī)箱的生產(chǎn)效率、提升了質(zhì)量穩(wěn)定性。對鋁合金加固機(jī)箱的焊接具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳國臣.對鋁制釬焊板翅式散熱器的研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（2）：49-50.

[2]劉剛，李言軍，蔡蓮蓮，等.鋁制翅板換熱器真空釬焊技術(shù)的發(fā)展[J].科技、經(jīng)濟(jì)、市場，2015，13（7）：21-22.

[3]許彬，等.鋁合金電子機(jī)箱釬焊工藝研究[J].電子工藝技術(shù)，2018，39（4）：235-237.

[4]龔雅娟，胡遠(yuǎn).某型艦載機(jī)箱釬焊工藝設(shè)計(jì)[J].艦船電子工程，2017，278（8）：165-167.

作者簡介：喬平（1987-），男，漢族，陜西咸陽人，本科，工程師，研究方向：機(jī)加工藝，真空釬焊。