铝合金真空钎焊用低温铝基钎料的研究 北京华航无线电测量技术研究所于文花 肖爱群 北京航空航天大学庄鸿寿 摘要为了避免在铝合金焊接中产生晶粒长大、溶蚀等缺陷，提高铝合金的钎焊质量，本文在Al－Si共晶钎料的基础上加入合金元素Cu和其它微量元素，研制新的低熔点钎料，最后确定新钎料为Al19Cu9Si。该钎料的熔点为543℃，比BAl86.5SiMg钎料的熔点降低了40℃，试验结果表明新钎料具有良好的润湿性、流动性，接头的剪切强度、抗腐蚀性能均满足铝合金钎焊要求。 关键词真空钎焊 铝合金 铝基钎料 1 引言 铝合金由于具有密度小、比强度高等优点，在航空、航天工业中已获得愈来愈广泛的应用。例如很多传统的铜合金波导、高频器件已被铝合金所取代，利用钎焊方法制造复杂的铝结构是最理想的方法。共晶铝硅钎料因具有良好的润湿性、流动性、钎焊接头的抗腐蚀性和可加工性，是铝合金钎焊中应用最广的一种铝钎料[1]。但它也具有严重缺点：熔点较高（液相线温度为577℃），钎焊温度均在600℃以上，所以钎焊温度非常接近于合金的固相线温度，易使母材发生晶粒长大、溶蚀等现象。目前，美国、日本、欧洲等研究机构对铝合金用低温铝基钎料进行了大量的研究。日本的茅本隆司、恩泽忠男[2]等人研究发现锗、铟、镱和铜均可作为铝硅钎料的添加剂，降低钎料的熔点，但锗、铟、镱的加入会使钎料脆性和耐腐蚀性均遭到恶化，且价格昂贵，难以应用于实际生产；铜元素的加入量多时也会使钎料变脆及钎焊时出现对母材的溶蚀，很难得到性能优良的钎焊接头。为此，所研制的新钎料既要具有较低的熔点，又要保持良好的机械性能。 本文通过分析既能降低铝熔点又能与铝形成共晶合金的元素特性，选择合适的能降低铝熔点的元素，对成分进行优化试验，同时考虑钎料的流动性和组织特性，在钎料中加入适量提高钎料流动性和细化组织的微量元素，经过试验确定铜、铋及微量元素为添加剂，配制新钎料，对新钎料进行熔点、润湿性、流动性、金相组织以及接头剪切强度、环境试验。 2 钎料的配制 为了降低钎料的熔点，必须寻找能降低铝熔点的元素，能与铝形成共晶的合金见表1。 表1 共晶元素及共晶温度 合金元素 Al-11.5Si Al-72Ag Al-32.7Cu Al-51.6Ge Al-94Zn 共晶温度/℃577 567 548 420 381 由表1可知Al-72Ag的共晶温度567℃，与铝硅共晶温度差不多，并且这种合金很脆，抗腐蚀性也不高，不宜作钎料；Al-32.7Cu，熔点548℃，此合金因含铜量高，脆性大；Al-Ge、Al-Zn共晶温度仅400℃左右，对降低钎料的温度作用极佳，但Ge是贵重元素，价高并且极脆，而Zn极易挥发，不易用于真空钎焊[3]。 分析能与铝形成共晶的合金特点，二元合金的熔点不能满足要求，必须加入第三种元素。在Al-Si-Ag 三元合金中有一共晶成分，其熔点为563℃，它与Al-Ag共晶熔点相差不大，无实用价值。 在三元合金中，只有Al-Si-Cu合金最有希望， 收稿日期：2005-09-26
（ 二 〇 一 三 年 十 二 月 本科科研训练论文 题 目：铝合金的钎焊工艺 学生姓名：/// 学 院：材料科学与工程 系 别：材料成型及 控制工程 专 业：材料成型及控制工程 班 级：材///班 指导教师：///
内蒙古工业大学本科科研训练论文 摘要 焊接是制造业的重要组成部分，应用广泛，发展迅速，在制造行业占有重要的地位。我国是世界产钢、用钢大国，也是焊接大国。随着高新技术和新工艺的不断出现，机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展，对焊接技术的要求也越来越高。近几年来，焊接的使用量迅速增加；焊接机械化自动化技术改造加快；焊接自动化率快速提高。钎焊是用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接过程，这篇论文对钎焊焊接前的准备和焊接方法的做了设计，介绍了焊接所需的钎料和钎剂，给出了钎接接头形式以及接头的质量检测方法，在钎焊操作中应该注意的安全问题。 关键词:焊料，焊剂，钎焊接头，钎焊装置，钎焊气体
Abstract Welding is an important part of the manufacturing industry, widely used, rapid development in the manufacturing industry occupies an important position. China is the world steel production, steel big country, but also the welding power. With the emergence of high-tech and new technology, machinery manufacturing, installation and maintenance industry is also gradually to the fine direction of welding technology requirements are also increasing. In recent years, the rapid increase in the amount of welding; welding mechanization and automation to accelerate technological innovation; welding automation rate rapidly increased. Brazing with a lower melting point than the base metal material is used as brazing filler metal, wetted with a liquid base material and the solder filling the gap and the interface to the work piece during welding and the base material inter diffusion, the paper prior to brazing welding preparation and welding methods to do the design, introduces the required solder and soldering flux, solder joints is given in the form of joint detection methods and the quality of the brazing operation should p ay attention to security issues. Key words: Solder, Flux, Solder joints, Soldering equipment, Soldering gas
不锈钢真空钎焊的工艺 要点 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
不锈钢真空钎焊的工艺要点 1?钎焊接头的设计： 设计钎焊接头时，应考虑接头的强度、组合件的定位方法、钎料置放的位置、接头间隙等诸多因素 钎焊接头连接方式： 钎焊接头有对接和搭接两种方式。 采用对接接头，由于钎料和钎缝的强度一般比母材低，因而对接接头不能保证接头具有与母材相等的承载能力，因此钎焊接头大多采用搭接形式。通过改变搭接长度提高钎焊接头的强度。 对于采用高强度铜基、镍基钎料钎焊的搭接接头，搭接长度通常取为薄壁件厚度的2～3倍。由于工件的形状不同，搭接接头的具体形状也各不相同。对于薄壁件而言，常采用锁边形式的搭接方式，提高钎焊接头的强度。 接头的定位：组合件的定位是影响钎焊质量的重要因素。 定位的方法主要有依靠自重、紧配合、毛刺定位、点焊定位、（氩弧焊）涨口定位、夹具定位等。 列管式EGR冷却器将采用涨口定位、点焊定位、焊接变位器等多种定位方法 ? 钎料的置放 钎料置放的原则是应尽可能利用钎料的重力作用和钎缝的毛细作用来促进钎料填满间隙。EGR冷却器的钎焊将使用镍基钎料膏状和非晶态薄带两种。膏状钎料应直接涂在钎缝处，而 非晶态薄带钎料标准有等不同的厚度。 按工件要求加工成不同的形状，置于钎缝处。 总之镍基钎料合理的使用对我们来说还要做很多工作， 比如钎料表面处理、膏剂的涂覆方法、钎料用量等诸多方面，根据实际要求进一步完善。? 接头的间隙： 钎焊时是依靠毛细作用使钎料填满间隙。
正确地选择接头间隙很大程度上影响钎缝的致密性和强度。不同的钎料对接头间隙的要求也有所不同。镍基钎料要求接头间隙为~，比其它钎料相比，这种钎料要求接头间隙小的特点应引起足够的关注。 由于BNi-2镍基钎料含有硼（％），硅（％）可以形成脆性相的元素，为保证接头的性能，应尽量使这些元素在钎缝内通过扩散作用而降低到最低程度。 当间隙小时，这些脆性相的元素数量少，向母材扩散的距离短，可以通过扩散使这些元素在钎缝中的浓度降低。从而避免产生脆性相，提高钎焊的强度。反之这些脆性相的元素将滞留 在钎缝中形成脆性相。 资料表明，当间隙为“零间隙”、、时。脆性相随着间隙的变化而增大。间隙在时，脆性相不仅增多，而且形成明显的连续层。钎缝的强度严重降低，危害极大。因此钎缝最佳间隙应控制小于＜。 2? 工件表面处理 钎焊前彻底清除工件表面的氧化物，油污，脏物是钎料和母材相互润湿、扩散填充焊缝的前提条件。 工件表面净化处理的方法主要有以下几种： 清除油污 有机溶剂，金属洗涤剂，碱溶液： 清除氧化物 机械方法，化学清洗，电化学清洗 根据观察国外样件表面的光亮度的程度，其表面处理应有去油和化学清洗两道工序。EGR冷却器列管式结构，属薄壁件钎焊，焊点多达200多个，还要满足气密性，耐腐蚀性，及强度的要求，难度较大。因此彻底清除工件表面的油污，氧化物尤为重要。 3.制定温度曲线 空烧净化的目的是将真空炉升温到高于焊接温度80℃的条件下保温小时净化炉内气氛， 使炉内母材和钎料的蒸发物得以挥发出去。
铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源[sup][5][/sup]。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。 盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。 真空钎焊和保护气氛炉中钎焊由于其各自独特而优良的工艺，在铝和铝合金的钎焊中应用比较多，而且发展也比较快，下面重点介绍。 [B]1．1 真空钎焊[/B] 铝比较活泼，容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时，单纯依靠真空条件难以去除氧化物，必须同时借助于某些金属活化剂，如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理：一方面，活化剂与真空中残留的O[sub]2[/sub]和H[sub]2[/sub]O反应，消除了它们对铝钎焊时的有害作用；另一方面，Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的Al-Si-Mg合金，钎焊时，该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下母材上铺展，并将表面膜浮起而去除。 铝合金真空钎焊时，应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。 在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污，可以用酒精擦拭。对钎料的处理，一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用酒精擦掉油污。对于较大的工件，在焊接前进行预热，以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜，对于结构复杂的焊件，为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用，国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施，取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内，在其中放人Mg屑，然后置于真空钎焊炉中进行钎焊，这样可以大大提高钎焊质量。 真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度，要得到高质量的接头，很大程度上取决于真空度的大小。根据一些工作人员多年的经验，如果钎焊设备较长时间没有使用过，应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时，尤其是批量生产时，两次使用的时间间隔应尽量缩短，这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。 真空钎焊是一种优良的钎焊方法，但也存在着设备复杂、昂贵，真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平，今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。 [B]1．2 保护气氛中钎焊[/B]
不锈钢真空钎焊的工艺要点 1 钎焊接头的设计： 设计钎焊接头时，应考虑接头的强度、组合件的定位方法、钎料置放的位置、接头间隙等诸多因素 1.1钎焊接头连接方式： 钎焊接头有对接和搭接两种方式。 采用对接接头，由于钎料和钎缝的强度一般比母材低，因而对接接头不能保证接头具有与母材相等的承载能力，因此钎焊接头大多采用搭接形式。通过改变搭接长度提高钎焊接头的强度。 对于采用高强度铜基、镍基钎料钎焊的搭接接头，搭接长度通常取为薄壁件厚度的2～3倍。由于工件的形状不同，搭接接头的具体形状也各不相同。对于薄壁件而言，常采用锁边形式的搭接方式，提高钎焊接头的强度。 1.2 接头的定位：组合件的定位是影响钎焊质量的重要因素。 定位的方法主要有依靠自重、紧配合、毛刺定位、点焊定位、（氩弧焊）涨口定位、夹具定位等。 列管式EGR冷却器将采用涨口定位、点焊定位、焊接变位器等多种定位方法 1.3 钎料的置放 钎料置放的原则是应尽可能利用钎料的重力作用和钎缝的毛细作用来促进钎料填满间隙。EGR冷却器的钎焊将使用镍基钎料膏状和非晶态薄带两种。膏状钎料应直接涂在钎缝处，而非晶态薄带钎料标准有0.0254mm 0.0381mm等不同的厚度。 按工件要求加工成不同的形状，置于钎缝处。 总之镍基钎料合理的使用对我们来说还要做很多工作， 比如钎料表面处理、膏剂的涂覆方法、钎料用量等诸多方面，根据实际要求进一步完善。1.4 接头的间隙： 钎焊时是依靠毛细作用使钎料填满间隙。 正确地选择接头间隙很大程度上影响钎缝的致密性和强度。不同的钎料对接头间隙的要求也有所不同。镍基钎料要求接头间隙为0.02~0.10mm，比其它钎料相比，这种钎料要求接头间隙小的特点应引起足够的关注。
铝及铝合金的钎焊 摘要：综述了近年来铝及铝合金钎焊在钎焊方法、钎料及钎剂三个方面的技术发展现状，分别介绍了它们各自的发展方向。指出铝及铝合金的钎焊问题是近年来研究较多、发展较快的研究领域之一，铝及铝合金钎焊技术应用前景广阔。 1 铝及铝合金钎焊的研究现状 铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。 铝及铝合金的钎焊问题,是近年来研究较多、发展较快的领域之一。这主要是因为其具备一系列优良性能,如强度大、耐蚀性好、电导性及热导性高,因此在航天、航空、电子、冶金、机械制造和轻工业等部门的应用日趋广泛。特别是随着铜材料的大幅度涨价,以及为了减轻质量、提高功效、增强美观,以铝代铜、以铝代钢技术在某些领域成功应用。最典型的就是汽车铜水箱被铝水箱的替代。我国大规模生产铝焊剂的厂家很少,目前使用的铝焊剂多为国外进口。因铝及铝合金的熔点较低、化学活性强、氧化膜熔点高和稳定性大,并能牢固、致密地粘附在铝或铝合金的表面,所以一般通用的钎剂均不能满足钎焊铝及铝合金的要求,必须采用专用钎剂- 铝及铝合金用钎剂。此外,铝及其合金的钎焊接头的耐蚀性易受钎料和钎剂的影响,这主要是因为钎料和母材之间的电极电位差别极大,使接头耐蚀性降低,尤其是对软钎焊接头的影响更为明显。通常,为了能很好去除铝及其合金表面的氧化膜,大部分钎剂中都添加了具有强烈腐蚀性的材料,而这些材料即使在钎焊后进行清理,也难全部除去对接头耐蚀性的影响。 2 钎焊方法 铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。 盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留
铝及铝合金的焊接特点 (1)铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。 （2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显着，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。 （3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹
及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显0.5． 着提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5％～6％时可不产生热裂，因而采用SAlSi条(硅含量4．5％～6％) 焊丝会有更好的抗裂性。 （4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。 （5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。 （6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。 （7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。 （8）铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。 2. 焊接方法 几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对
炉中铝钎焊的一般工艺流程 1.工件的表面准备 为了确保形成均匀优质钎焊接头，焊前必须清除工件表面的油污、氧化物；为了改善某些材料的钎焊性或增加钎料对母材的润湿能力等常需在母材表面镀覆金属。 （1）清除油污 常用有机溶剂去除油污，如酒精、汽油、三氯乙烯、四氯化碳等。大批量生产常在有机溶剂蒸汽中脱脂。在浴槽中清洗时可采用机械搅拌或超声波振动以提高清洗作用。脱脂后须用水清洗并烘干。 （2）清除氧化物 零件表面氧化物的清除按材料、生产条件和批量，可在机械法、化学浸蚀法和电化学浸蚀法等方法中选择。经化学浸蚀或电化学浸蚀后还须进行光亮处理或中和处理，随后用水清洗并干燥。 a. 适合批量生产的机械清除方法有砂轮、金属刷、喷砂等方法。 b. 化学浸蚀清除表面氧化物始于批量生产，生产率高。浸蚀液的选择取决于母材及其表面氧化物的性质状态。铝及铝合金可选用（10%NaOH，余量水或10%H2SO4，余量水）的浸蚀液成分。 c. 电化学浸蚀同样适用于大批量生产及须快速清除氧化物的情况，大多用于不锈钢和碳钢的清除氧化物工艺。 （3）母材表面镀覆金属 在母材表面镀覆金属主要是为了改善钎料的钎焊性；增加钎料对母材的润湿能力；作为预置钎料层以简化装配提高生产率。 2.预置钎剂和阻流剂 有些焊接方法需要预先放置钎剂和阻流剂。预置的钎剂多为软膏式液体，以确保均匀涂覆在工件的待接两表面上。粘度小的钎剂可以采用浸沾、手工喷涂或自动喷洒。粘度大的钎剂将其加热到50~600C，不用稀释便能降低其粘度，热的钎剂其表面张力降低，易粘于金属。 用于气体钎剂的炉中钎焊和火焰钎焊，以及使用自钎剂钎料的钎焊，无须预置钎料。真空钎焊也不需钎剂。 阻流剂是钎焊时用来阻止钎料泛流的一种辅助材料。在气体保护炉中钎焊和真
铝合金通用焊接工艺规程 1 使用范围及目的 范围:本规范是适用于地铁铝合金部件焊接全过程的通用工艺要求。目的:与焊接相关的作业人员按标准规范作业，同时也使焊接过程检查更具可操作性。 2 焊前准备的要求 2.1 在焊接作业前首先必须根据图纸检查来料或可见的重要尺寸、形位公差和焊接质量，来料不合格不能进行焊接作业。 2.2 在焊接作业前，必须将残留在产品表面和型腔内的灰尘、飞溅、毛刺、切削液、铝屑及其它杂物清理干净。 2.3 用棉布将来料或工件上的灰尘和脏物擦干净，如果工件上有油污，使用清洗液清理干净。 2.4 使用风动不锈钢丝轮将焊缝区域内的氧化膜打磨干净，以打磨处呈白亮色为标准，打磨区域为焊缝两侧至少25mm以上。 2.5 焊前确认待焊焊缝区域无打磨时断掉的钢丝等杂物。 2.6 钢焊和铝焊的打磨、清理工具禁止混用。 2.7 原则上工件打磨后在48小时内没有进行焊接，酸洗部件在72小时内没有进行焊接，则焊前必须重新打磨焊接区域。 2.8 为保证焊丝的质量，焊丝原则上用完后再到焊丝房领用，对于晚班需换焊丝的，可以在当天白班下班前领用，禁止现场长时间(24小时以上)存放焊丝。 2.9 在焊接作业前，必须检查焊接设备和工装处于正常工作状态。焊 前应检查焊机喷嘴的实际气流量(允差为+3L/min),自动焊焊丝在8圈以下，手工焊焊丝在5圈以上，否则需要更换气体或焊丝;检查导电嘴是否拧紧，喷嘴是否需要清理。导电嘴不能只简单的采用手动拧紧，必须采用尖嘴钳拧紧。检查工装状
态是否完好，若工装有损坏，应立即通知工装管理员进行核查，并组织维修,禁止在工装异常状态下进行焊接操作。 2.10 焊接前必须检查环境的温度和湿度。作业区要求温度在5?以上，MIG焊湿度小于65,，TIG焊湿度小于70,。环境不符合要求，不能进行焊接作业。 2.11 焊接过程中不允许有穿堂风。因此，在焊接作业前必须关闭台位附近的通道门。当焊接过程中，如果有人打开台位相近处的大门，则要立即停止施焊。如果台位附近的空调风影响到焊接作业，也必须将该处空调的排风口关闭，才能进行焊接作业。 2.12 对于厚度在8mm以上(包括8mm)的铝材，焊接要预热,预热温度 80?,120?，层间温度控制在60?,100?。预热时要使用接触式测温仪进行测温，工件板厚不超过50mm时,正对着焊工的工件表面,距坡口表面4倍板厚,最多不超过50mm的距离处测量,当工件厚度超过50mm时,要求的测温点应位于至少75mm距离的母材或坡口任何方向上同一的位置,条件允许时,温度应在加热面的背面上测定,严禁凭个人感觉及经验做事。 2.13 按图纸进行组装,点焊固定,点焊要满足与焊接相同的要求,不属于焊接组成部分的点焊要尽可能在焊接时完全熔化(图纸要求的点焊 除外,如焊接垫板的固定),组焊后不能出现图纸要求之外的焊点，部件固定后按图纸要求进行尺寸、平行度、垂直度等项点的自检,自检合格后,根据图纸进行焊接，操作工人必须及时、真实填写操作记录。 2.14 当图纸要求或工艺要求使用焊接垫板时，应将焊接垫板点焊在工件上，点焊应符合焊接质量要求，点焊要求为:焊接垫板小于100mm时，在焊接垫板两端点焊固定，焊接垫板大于100mm时,根据焊接垫板长度点焊均匀分布，间距100mm。 2.15 为了避免腐蚀，铝合金配件存放时不允许直接采用钢或者铜材质的容器存放，不允许将配件直接放置在钢制的工装或地板上。 2.16 对于焊缝质量等级为
铝合金焊接的几种先进工艺:搅拌摩擦焊、激光焊、激光- 电弧复合焊、电子束焊。针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法,几种工艺均具有优越性,并可对厚板铝合金进行焊接。 关键词:铝合金搅拌摩擦焊激光焊激光- 电弧复合焊电子束焊 1 铝合金焊接的特点 铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中,采用铝合金代替钢板材料焊接,结构重量可减轻50 %以上。 铝合金焊接有几大难点: ①铝合金焊接接头软化严重,强度系数低,这也是阻碍铝合金应用的最大障碍; ②铝合金表面易产生难熔的氧化膜(Al2O3 其熔点为2060 ℃) ,这就需要采用大功率密度的焊接工艺; ③铝合金焊接容易产生气孔; ④铝合金焊接易产生热裂纹; ⑤线膨胀系数大,易产生焊接变形; ⑥铝合金热导率大(约为钢的4 倍) ,相同焊接速度下,热输入要比焊接钢材大2～4 倍。 因此,铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。 2 铝合金的先进焊接工艺 针对铝合金焊接的难点,近些年来提出了几种新工艺,在交通、航天、航空等行业得到了一定应用,几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点,焊后接头性能良好,并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。 2. 1 铝合金的搅拌摩擦焊接 搅拌摩擦焊FSW( Friction Stir Welding) 是由英国焊接研究所TWI ( The Welding Institute) 1991 年提出的新的固态塑性连接工艺[1～2 ] 。图1为搅拌摩擦焊接示意图[3 ] 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位,通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦,摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使焊件压焊在一起。图2 为搅拌摩擦焊接过程[4 ] 。由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化,是一种固态连接过程,故焊接时不存在熔焊的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料,如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。国外已经.进入工业化生产阶段,在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为20 m 的结构件,美国洛克希德·马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。 铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成,焊缝区晶粒细化,无熔焊的树枝晶,组织细密,热影响区较熔化焊时窄,无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷,综合性能良好。与传统熔焊方法相比,它无飞溅、烟尘,不需要添加焊丝和保护气体,接头性能良好。由于是固相焊接工艺,加热温度低,焊接热影响区显微组织变化小,如亚稳定相基本保持不变,这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小,对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比,它可不受轴类零件的限制,可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜,并在48 h 内进行加工,而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可,并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。 搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点:
铝合金真空钎焊技术的发展 文章通过对铝合金真空钎焊技术的发展历程还有其当前的难点及以后的研究方向做了简述，目前，大部分国外对铝合金钎焊技术的研究主要在Cu，Mg 和Ce等领域，尤其是在它的钎料体系的构成及钎焊工艺的方面上，最终达到提高润湿性和改善钎焊性能的目的。所以通过介绍当前铝合金真空钎焊发展的状况以及铝金真空钎焊的原理和材料等，并进一步地指明铝合金真空钎焊的发展方向。 标签：铝合金；钎焊性能；钎焊工艺；真空钎焊 由于铝合金拥有重量轻、耐腐蚀性好、导热导电性性能佳的优点，使其应用于各个部门，并且用量逐年增加，它常常出现在航空航天、建筑及汽车船舶等领域，所以一直是人们公认的制作热交换器以及一些复杂构件的结构材料。它之所以如此重要，主要是采用不需钎剂的真空钎焊工艺，所谓真空焊接工艺就是无需焊前和焊后的复杂清理工作，生产率高，操作简化，并且还融合环境保护的理念，势必会在以后得到更广泛的应用。 1 铝合金真空钎焊技术的概述 1.1 铝合金真空钎焊用钎料 铝合金这一系列的材料无论在钎焊性、强度和母材色泽一致性、镀覆性和抗腐蚀性都极佳，尤其是在做了变质处理后，大大增加了钎焊接头的韧性和抗弯强度，在生产中这成了常用的标准材料，它适用于多种熔点相对较高的铝合金，但是要记住不能使用于沸点低的元素，不然就会对真空钎焊炉造成极大的污染。目前大多数的数据表明，钎焊复合板在结构母体金属上单面或双面包覆一层钎焊合金，因为这种复合板使用起来更方便，能够应用的领域也更广。如果能够做到进一步的降低熔点，该体系的钎料将有很好的应用前景。目前真正具有一定耐腐蚀性和较好力学性能的钎料合金，还没有达到适合工业生产的要求。所以在选择材料时一定要选择钎料流动性好铺展性极佳的材料，同时要具有抗腐蚀性能。 1.2 真空铝钎焊设备 随着真空钎焊技术的发展，一些航空航天的精密构件钎焊时对加热速率、钎焊温度、钎焊时间都提出了更为严格的要求。真空钎焊设备主要由真空炉和真空系统组成的，这种技术对真空设备要求很高，需要足够的升温速率和极大的抽速，并且还要有先进、可靠的电气控制系统来进行保护，同时还需要满足强制冷却的机能，保证材料的热处理和缩短钎焊周期。普通的容器抽真空后送入炉中加热钎焊，由于没有加热元件和隔热材料，就会在操作上比较复杂，所以可同时进行抽真空与加热升温，钎焊后退出炉外空冷，可以达到缩短生产周期的效果，由于炉子使用温度不同，就需要采用不同的反射屏材料，目的就是为了防止热量向外辐射，这样就可以提高加热效率。目前半连续炉应用广泛，它可以大大改善铝合金
钛合金焊接技术 日期：08-12-10 09:00:09 作者：鲜雪强川航机务部 由于钛合金低重量、强度高、耐腐蚀性优异，又具有与先进复合材料在热学、电化学方面的相容性，一直是航空、宇航工业上应用的重要结构材料。焊接作为钛合金加工中的重要手段，在提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面有独特的优势，因此有必要研究飞机结构修理中的钛合金焊接技术。关键词：焊接、疲劳性能、残余应力、疲劳寿命 一、钛合金焊接的重要性 疲劳断裂是材料在交变载荷（或应力）作用下发生的破损断裂。国内外研究表明，飞机结构疲劳破坏是飞机主要破坏形式。早期设计的飞机只考虑静强度问题，直到上个世纪五十年代，随着航空事业的不断发展，飞机性能不断提高，飞机的使用要求不断严格，飞机在使用过程中疲劳破坏与安全可靠性之间的矛盾逐渐暴露出来。 焊接是一种运用（多种情况下为局部）加热或加压手段、添加或不添加填充材料将构件不可拆卸的连接在一起，或在基材表面堆敷覆盖层的加工工艺。焊接技术广泛的应用于国民经济的各个部门，如机械工程、桥梁工程、压力容器船舶工程、航空航天等领域。焊接结构在现代工业中应用越来越广泛，无论是在航天领域还是在一般的工程领域，无论是小部件还是大型结构，都在不断扩大焊接结构的比重。例如，飞机中央翼焊接下壁板是关键承力构件，承受机翼传来的弯矩、扭矩、剪力和油箱压力的作用；在国外第四代战斗机中钛合金含量已达到40%左右。而对于钛合金焊接结构疲劳特性与寿命评估技术的研究则是为实现钛合金结构在先进飞机上的合理使用，所必不可少的前提条件之一。 二、焊接区域材料性能的确定 焊接接头由焊缝、热影响区、母材组成，是一种非均质材料，各向异性。热影响区是焊缝到母材的过渡区域，其材料性能也介于焊缝和母材之间。
铝及铝合金钎焊技术的研究现状 时间：2006-9-29 0:00:00 中国废旧物资网免费注册赢积分分享到：|更多(合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥 230009) [B]摘要：[/B]综述了近年来铝及铝合金钎焊在钎焊方法、钎料及钎剂三个方面的技术发展现状，分别介绍了它们各自的发展方向。指出铝及铝合金的钎焊问题是近年来研究较多、发展较快的研究领域之一，铝及铝合金钎焊技术应用前景广阔。 [B]关键词：[/B]铝合金；钎焊；钎料；针剂 铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步[sup][1-4][/sup]。下面就这三个方面予以介绍。 [B]1 钎焊方法[/B] 铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源[sup][5][/sup]。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。 盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。 空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。
铝及铝合金的钎焊 08材控 邢钧魁 20080607131 摘 要 本文主要论述了铝及铝合金的分类、性能，以及铝及铝合金钎焊的研究现状、钎焊过程中有可能出现的问题以及在具体实施钎焊时钎剂、钎料的选择与搭配，还介绍了施焊前如何对表面进行清理、准备以及焊后的清理与处理工作、注意事项等。 关键词 钎焊 铝合金 钎剂 钎料 1 铝及铝合金 1.1铝及铝合金钎焊的研究现状 铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。 1.2 铝及铝合金的分类及性能 铝及铝合金可以分为工业纯铝、变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。 铝是一种轻金属，密度小，仅为3/7.2cm g ，约为铜或钢的3/1；具有优良的导电性、导热性，良好的耐蚀性以及优良的塑性和加工性能等。铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。经热处理后铝合金的力学性能要求可以和钢铁材料相媲美。 1.3 铝及铝合金钎焊的问题 铝及铝合金的钎焊与其他合金相比比较难，是由于其表面有一层极为致密的氧化膜，这一层氧化膜的性能非常稳定，能够充分抵抗大气的腐蚀，又能在旧摸上随时生成新膜。铝及铝合金在焊接的时候需要破坏这一层膜，否则熔化的钎料不能与母材润湿；焊后又需要维持保护膜的完整，否则接头将产生严重的腐蚀。 铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。运输发烟硝酸的槽罐是用纯铝做的。铝的抗碱能力较弱，易溶于NaOH 、KOH 。 无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果，是铝铜钎焊用料的升级换代产品。其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成，其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。 2 铝及铝合金的钎焊方法 铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、盐浴钎焊和炉中钎焊等方法[1]。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化
6系铝合金焊接基础知识 焊丝的材质选取： 面对6005、6082、5083 等母材来说，选取牌号为5087-AlMg4. 5MnZr ，因为5087 焊丝优点：抗裂 性能好、抗气孔性能好，而且强度性能不错。 焊丝规格的选取： 选择大直径规格的焊丝。规格大的焊丝表面积小于小规格焊丝，故氧化面少，焊接质量更容易达到 要求 另外大直径焊丝的送丝过程更容易操作。对于6 毫米以下板厚的母材一般采用1. 2 毫米直径的 焊丝， 对于6 毫米及以上板厚的母材采用1. 8毫米直径的焊丝。 自动焊机采用1. 6 毫米直径的焊丝。 预热及层间温度的控制： 超过6 mm 的材料焊接时，都要焊前预热，预热温度控制在70 ℃～110 ℃之间，层间温度控制在80 ℃～ 90 ℃之间。 预热温度过高，可能对铝合金的合金性能造成影响，出现退化，焊缝成形不良等现象。并且会使 铝焊热裂纹的产生机率增加。 保护气体的选用： Ar100 %的特点是电弧稳定、引弧方便，对于6mm以下母材采用Ar100 %焊接。对于6 mm 及以上母材和气孔要求高的焊缝，采用Ar70 % + He30 %进行焊接。 氦气的特点在于：10 倍于氩气的导热性，焊接速度更快，气孔率减少，熔深增加。当然氦气是用于 比较高端的产品，一般都是用氩气保护。 焊前清理： 焊接铝合金需要最干净的准备工作，否则其抗腐蚀能力下降，而且容易产生气孔。焊接铝合金应该与焊钢的习惯彻底区分。焊钢已经用过的工具，严禁焊接铝合金时使用。清理焊缝区域的氧化膜等杂质，尽可能使用不锈钢刷或者用丙酮清洗。不能使用砂轮打磨，因为使用砂轮打磨只会使氧化膜熔合在焊材表面，而不会真正去除。而且如果使用硬质砂轮，其中的杂质会进入焊缝，导致热裂纹。此外，由于Al2O3 膜
第八章：焊接缺陷及焊接质量检验 学习要求：掌握焊接中各种焊接缺陷，了解焊接缺陷产生的原因及预防措施，掌握各种焊接检验方法。掌握公司焊缝外观检验标准， 课时：4课时 基本内容 前言：随着科学技术的发展，焊接在工业生产中的地位更加重要。从大量结构的事故原因分析结果可以看出，很多是由于焊接质量不好造成的，而焊工的责任心和操作技能直接影响到焊接质量。为提高焊工的素质，保证焊接结构的使用安全、可靠，对焊工进行培训与考核是十分必要的。 第一节焊接缺陷 焊接缺陷：焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷 一、焊接缺陷的分类按焊接缺陷在焊缝中的位置，可分为外部缺陷与内部缺陷两大类。外部缺陷位于焊缝区的外表面，肉眼或用低倍放大镜即可观察到。例如：焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下塌、表面气孔、表面裂纹等。内部缺陷位于焊缝内部，需用破坏性实验或探伤方法来发现。例如：未焊透、未熔合、夹渣、内部气孔、内部裂纹等。 二、常见电焊缺陷 （1）焊缝尺寸不符合要求主要指焊缝宽窄不一、高低不平、余高不
足或过高等。焊缝尺寸过小会降低焊接接头强度；尺寸过大将增加结构的应力和变形，造成应力集中，还增加焊接工作量。焊接坡口角度不当或装配间隙不均匀，焊接电流过大或过小，运条方式或速度及焊角角度不当等均会造成焊缝尺寸不符合要求。 （2）咬边由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凸陷即为咬边。咬边使母材金属的有效截面减小，减弱了焊接接头的强度，而且在咬边处易引起应力集中，承载后有可能在咬边处产生裂纹，甚至引起结构的破坏。产生咬边的原因 操作方式不当，焊接规范选择不正确，如焊接电流过大，电弧过长，焊条角度不当等。咬边超过允许值，应予补焊。 （3）焊瘤焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上，所形成的金属瘤即为焊瘤。焊瘤不仅影响焊缝外表的美观，而且焊瘤下面常有未焊透缺陷，易造成应力集中。对于管道接头来说，管道内部的焊瘤还会使管内的有效面积减少，严重时使管内产生堵塞。焊瘤常在立焊和仰焊时发生。焊缝间隙过大，焊条角度和运条方法不正确，焊条质量不好，焊接电流过大或焊接速度太慢等均可引起焊瘤的产生。（4）烧穿焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。烧穿常发生于打底焊道的焊接过程中。发生烧穿，焊接过程难以继续进行，是一种不允许存在的焊接缺陷。造成烧穿的主要原因是焊接电流太大或焊接速度太低；坡口和间隙太大或钝边太薄以及操作不当等。为了防止烧穿，要正确设计焊接坡口尺寸，确保装配质量，选用适当的焊接工艺参数。单面焊可采用加铜垫板或焊剂垫等办法防