铝合金软硬钎焊研究
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铝合金钎焊实验报告铝合金钎焊实验报告引言:钎焊是一种常见的金属连接方法,通过在金属表面加热并填充钎料,使金属间形成牢固的连接。
本实验旨在探究铝合金钎焊的工艺特点和连接强度,以及对钎焊接头的分析和评估。
一、实验材料和方法1. 实验材料:本次实验使用的材料为铝合金板和铝合金钎料。
铝合金板的尺寸为10cm×10cm×0.5cm,钎料为铝硅钎料。
2. 实验方法:首先,将铝合金板清洗干净,并用砂纸打磨表面,以去除氧化层和污垢。
然后,将钎料均匀地分布在铝合金板的接触面上。
接下来,使用氧乙炔焊接设备进行钎焊。
调整焊接火焰的大小和温度,将焊接火焰对准钎料和铝合金板的接触面,进行钎焊操作。
最后,将焊接接头冷却,并进行力学性能测试和金相分析。
二、实验结果1. 连接强度测试:通过拉伸试验,测定钎焊接头的连接强度。
实验结果显示,钎焊接头的断裂强度为XXX,远高于铝合金板的断裂强度。
这表明,钎焊接头具有良好的连接强度,能够满足实际应用需求。
2. 金相分析:对钎焊接头进行金相分析,观察接头的组织结构和相变情况。
实验结果显示,钎焊接头呈现出均匀的晶粒结构,无明显的裂纹和缺陷。
同时,钎料与铝合金板之间形成了明显的界面,钎料与基材之间的结合紧密。
这表明,钎焊过程中钎料与基材发生了良好的扩散和融合,形成了高强度的连接。
三、实验讨论1. 钎焊工艺特点:铝合金钎焊具有温度低、热影响区小、焊接变形小等特点。
由于铝合金的低熔点和高导热性,钎焊过程中需要控制焊接温度,以避免过热和过热区域的形成。
此外,钎料的选择和合理的焊接参数也对钎焊质量有重要影响。
2. 钎焊接头评估:钎焊接头的质量评估主要包括连接强度、界面结合性和金相分析等。
在本次实验中,通过拉伸试验和金相分析,可以得出钎焊接头具有良好的连接强度和界面结合性。
金相分析结果显示,钎料与基材之间形成了均匀的晶粒结构,无明显的缺陷和裂纹。
四、实验结论通过本次铝合金钎焊实验,得出以下结论:1. 铝合金钎焊具有良好的连接强度,能够满足实际应用需求。
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。
铝合金软、硬钎焊研究班级:学号:姓名:年月日钎焊是利用熔点比母材熔点低的填充金属(称为钎料或焊料)在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下,利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝,与母材相互溶解与扩散,从而实现零件间连接的焊接方法。
和传统的熔焊相比,钎焊时母材不熔化,仅钎料和钎剂熔化。
美国焊接学会(AWS)对钎焊的定义是:“一组焊接方法,它通过把各种材料加热到适当的温度,通过使用具有液相温度高于450℃但低于母材固相线温度的钎料完成材料连接。
钎料依靠毛细管吸附作用分布到接头紧密配合面上。
”通常按照所采用钎料的熔点可将钎焊分为两类,钎料熔点低于450℃时称为软钎焊,高于450℃时称为硬钎焊。
铝到目前为止仍然是重量轻、加工性好和经过时效硬化能提高强度的优良金属材料,尤其是经过阳极氧化等表面处理后,不但提高了抗蚀性能而且表面也变得美观了。
在添加铜、硅、镁、锌、锰以及镍、铁、钛、铬、锂等元素后,铝合金凭其密度低、强度高(接近或超过优质钢)、塑性好以及优良的导电性、导热性和抗蚀性,已经成为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。
铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
目前,我们接触到的用来焊接铝合金的方式有钎焊、搅拌摩擦焊、TIG焊和激光焊接技术。
和其他金属(如铜、铁和镍等)材料相比,铝的钎焊较困难,工艺钎焊性较差,其主要原因[1]是:(1) 铝的自由能值很小,对氧的亲和力极大,因此铝合金很容易生成氧化物,这一层表面致密的氧化膜严重阻碍钎料和母材之间的原子扩散,大大影响了钎焊时的润湿、反应及结合。
(2) 为清除铝合金表面的氧化膜而使用的钎剂,往往具有很强的腐蚀性,如果钎焊结束后清理不及时或不彻底,很容易就将焊接接头腐蚀破坏。
硬质合金钎焊技术的研究进展及展望金海斌发布时间:2021-08-27T06:39:01.220Z 来源:《基层建设》2021年第16期作者:金海斌[导读] 随着当前我国现代工业刀具领域的快速发展,硬质合金钎焊凭借其极高的化学硬度、强度及高的耐磨性浙江新锐焊接科技股份有限公司浙江 312452摘要:随着当前我国现代工业刀具领域的快速发展,硬质合金钎焊凭借其极高的化学硬度、强度及高的耐磨性,使其已经成为现代钎焊刀具技术的主要钎焊刀具专用材料,这也直接使得了硬质镍铬合金钢在钎焊刀具技术行业发展迅速。
本文对目前硬质合金钎焊耐热技术进展进行了探讨,明确目前有效提高硬质合金钎焊技术的几种相关研究方法,并对硬质合金钎焊技术在未来工业发展进一步需要解决的新技术问题研究做出了具体展望。
关键词:硬质合金,钎焊技术,研究进展近几年来,我国化工生产技术水平的不断稳步提高,使硬质金属合金刀具产品数量不断快速增长,目前已经逐渐占到所有合金刀具产品数量的60%以上。
与此同时,由于硬质钎焊合金材料本身无法广泛用于复杂不同形状合金刀具的焊接制备,再者又加上这种硬质钎焊合金材料相比于不锈钢来说,有着显著的热胀和膨胀应力系数上的差异,从而容易造成这种硬质钎焊合金刀具在传统钎焊操作过程中会因为在焊接时的应力过大而极易导致发生焊接开裂,这大大程度影响了传统钎焊合金技术的实际应用生产效果。
随着目前人们对金属焊接工业技术理论研究的不断深入,我国已经发明了许多新的金属焊接技术方法,如tig焊、电子束应力焊、扩散应力焊等,但这些焊接方法很难广泛适用于煤矿地质勘探、机械加工、矿山资源开采等焊接作业,因此我们只能选择采用合金钎焊焊接技术,虽然目前我国对硬质材料合金金属钎焊焊接技术已经进行了许多相应的技术改进,但很多人,们在实际工业生产中对使用硬质金属合金焊接工具也已经有了更高的技术要求,如何使硬质合金焊接工具具有更高的焊接性能,提高合金钎焊的效果,逐渐成为焊接行业技术发展中亟待解决的技术问题。
铝及铝合金钎焊用硬钎料的研究现状与展望牛志伟;黄继华;许方钊;刘凯凯;陈树海;赵兴科【摘要】铝及铝合金以其优良的特性,在当代工业材料中占有越来越重要的地位.钎焊作为一种可靠连接铝及铝合金结构件的连接方法而被广泛应用.铝及铝合金钎焊用硬钎料的开发一直是国内外学者争相研究的热点,然而,钎料合金熔化温度高、加工成形性差、钎焊接头强度低等因素严重制约着钎料合金的开发应用,实现商业化的钎料甚少.添加合金元素能够降低钎料熔化温度,改善钎料显微组织和性能,这对铝钎焊用硬钎料的发展是一个行之有效的方法.结合国内外对铝及铝合金钎焊用硬钎料的最新研究成果,全面阐述合金元素的添加对钎料熔化温度、加工成形性及钎焊接头组织性能的影响,指明铝及其合金钎焊用硬钎料目前研究中存在的问题及今后的研究方向.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)001【总页数】11页(P77-87)【关键词】铝合金;硬钎料;加工成形;钎焊接头【作者】牛志伟;黄继华;许方钊;刘凯凯;陈树海;赵兴科【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TG425+.2铝及铝合金具有密度小、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[1-4]。
不同牌号的铝合金及其过烧温度如图1所示。
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比较严格[5-7]。
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,在国内外得到广泛的应用[8-10]。
铝及铝合金的软钎焊是不常应用的方法,由于铝及铝合金软钎料主要采用以低熔点金属如锡、锌等为基,使得软钎料的成分、组织及电极电位与铝及铝合金母材相差很大,钎焊接头易引起严重的电化学腐蚀[11-12]。
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。
浅谈铝合金钎焊材料与工艺作者:赵建昌来源:《中国科技博览》2014年第36期[摘要]铝及其合金因其优异的物理化学性能,在现代机械工业中应用越来越广泛,然而也因为铝合金自身的性质使得它的焊接技术上尚存在诸多问题,这严重制约了铝合金产业的发展。
所以对其焊接方法、焊材以及焊接工艺的研究有着深刻的现实意义。
铝及其合金的钎焊问题近年来越来越受到人们的关注,本文从钎焊的角度出发,主要介绍了钎料及钎焊工艺。
[关键词]铝合金,钎焊,焊接工艺,焊材中图分类号:U671.83 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)36-0032-011 引言铝及其合金,是目前工业生产中应用最为广泛的金属材料之一。
铝合金有着优异的物理化学性能,在比强度,耐腐蚀,导电导热性能等方面显现了充足的优势。
随着我国机械工业的快速发展,使得我们对铝及其合金的需求大增。
现如今我们面临的一个难题是高速发展的机械工业带动的铝及其合金的大需求与当前其生产加工问题的矛盾。
在铝及其合金加工方面,一个突出的问题是连接技术问题。
由于铝本身的一些物理化学性质,使得它在焊接时比较容易发生氧化、形成热裂纹、出现气泡等等。
所以对于铝及其合金的焊接工艺上的研究就有着比较重要的意义。
2 铝合金焊接方法铝合金作为工业用金属材料,在工业中应该极为广泛,这就使得它的焊接方法多种多样,但是我们从工艺上给予划分,一般认为有三种大的类型:一位熔化焊接法,一为压焊,另外一种为钎焊。
虽则焊接方法众多,但是每种方法都有其局限性,这里就不一一赘述。
就本文而言,我们主要是针对其中的钎焊展开讨论的。
所谓钎焊是指采用熔点低于母材的金属材料作为钎料,焊接过程中把握温度,使得钎料熔化(母材不熔化)成液体,而后在毛细作用的影响下,液态的钎料将充满焊接母材的接头间隙,从而完成连接。
钎焊的方法也比较多诸如:火焰钎焊、盐浴钎焊以及炉中钎焊等等。
3 钎料钎料选择是钎焊两大主要内容之一(另一为焊接工艺制定),它对于钎焊结果的影响不言而喻,所以,正确、合理的选择钎料至关重要。
浅谈航空航天中的铝合金焊接工艺近些年来,随着航空航天的不断发展,对航天器材料的要求也越来越高,由于铝及铝合金密度小,强度好、易加工成型、弹性好、抗冲击性能好、耐腐蚀、耐磨、表面易着色、可回收再生等良好的物理化学性能,在航空航天工业中得到了广泛的应用。
轻合金的广泛应用又促进了轻合金焊接工艺的发展,文章分别对铝及铝合金的钎焊,钨极惰性气体保护焊,熔化极惰性气体保护焊,搅拌摩擦焊,超塑成形/扩散连接进行了概述。
标签:航空航天;铝合金;焊接随着科技的进步及航空航天工业的发展,对材料的要求越来越高。
减轻零件质量和降低制造成本使轻合金在航空航天领域得到应用。
轻合金能使飞行器在减轻质量的同时,节约能源,降低费用,增加有效载荷,进而带来可观的经济效益[1]。
铝的地球储量丰富,约占地壳重量的8%[2],铝合金是极具竞争力的在工业上应用最广泛的轻金属。
铝及铝合金材料具有密度小,强度适中、弹性好、易加工成型、抗冲击性能好、耐磨、耐腐蚀、易表面着色、可回收再生等优良特性,在飞机制造中得到了广泛应用[3]。
焊接是轻合金材料的重要连接技术之一,具有减重、节材和提高生产效率的作用[4]。
铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展也拓展了铝合金的应用领域[5]。
下面介绍几种可应用于铝合金的焊接工艺。
1 钎焊铝及铝合金的钎焊是目前国内外学者研究较多的热点之一,其钎焊技术也得到了很大的发展。
钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法[6]。
钎焊变形小,接头光滑美观,适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件。
钎焊又包括软钎焊和硬钎焊,软钎焊的温度不超过450℃,基体金属不熔化,不产生界面反应,避免了高温加热对被连接材料的影响。
硬钎焊接头强度高,有的可在高温下工作。
2 钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊是最早的气体保护电弧焊方法,广泛用于焊接容易氧化的有色金属铝、镁及其合金、钛及钛合金等。
铝合金压铸件钎焊工艺研究大家都知道,铝合金是一种特别“高大上”的材料,不仅轻便、耐腐蚀,还能耐高温,真是各种工程上少不了它。
不过,这个铝合金也有个不太讨人喜欢的小毛病,那就是它脆。
想象一下,铝合金就像是那种表面光滑但内心脆弱的小玻璃杯,碰一下就有可能裂开。
所以,很多制造铝合金零件的厂商,得想办法解决这类“玻璃心”问题。
而说到解决方案,其中一种就特别有意思,那就是钎焊。
这项技术听起来挺高级的,但说白了,就是利用一个比铝合金更软的金属(钎料),通过加热让它填补在铝合金的接缝处,接着就像是给铝合金穿上了“钢铁外衣”,增强了它的强度。
你看,这不就像是给脆弱的铝合金装上了防护盾吗?真是棒呆了!讲到这里,咱们先不急着跳到技术细节,先聊聊为什么要选铝合金压铸件来做钎焊。
铝合金压铸件在很多地方都有身影,比如汽车行业、家电制造、航空航天等等。
因为它不仅能承受一定的负荷,还能抵挡外界的各种环境压力。
不过,在这些复杂的应用场景里,单纯的铝合金压铸件有时“捉襟见肘”,经不起那些高强度的考验,特别是铝合金的焊接性差,不容易做到一个完美的接合。
钎焊就成了一个很好的解决办法。
它可以把铝合金零件的“脆弱点”加固起来,提升它的耐久性。
就好像你拼拼凑凑做了一道菜,最后再撒上一层金黄的芝士,吃起来才有劲道,对吧?好啦,钎焊是怎么回事呢?钎焊就是在铝合金零件的连接处,使用一种熔点比铝合金低的钎料,把它加热到液态后,填充进铝合金的缝隙中。
当温度降下来时,钎料就会固化,把两块铝合金牢牢地粘在一起。
这就像是将两块铁板的缝隙填满胶水,等它冷却后,接缝处就牢不可破了。
听起来是不是挺简单的?但实际上,这个过程可不是那么容易。
一旦控制不好温度和时间,就容易出现问题。
温度太高,钎料会把铝合金给熔化,导致整个零件的强度下降;温度太低,钎料又无法完全填满缝隙,导致连接不牢固。
就像做菜,火候掌握不好,做出来的菜就得看运气了。
至于钎焊的工艺流程嘛,其实没那么复杂,简单说来,就是先清理好要连接的铝合金表面,然后涂上钎料,再进行加热,最后等待冷却固化。
铝合金软、硬钎焊研究班级:学号:姓名:年月日钎焊是利用熔点比母材熔点低的填充金属(称为钎料或焊料)在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下,利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝,与母材相互溶解与扩散,从而实现零件间连接的焊接方法。
和传统的熔焊相比,钎焊时母材不熔化,仅钎料和钎剂熔化。
美国焊接学会(AWS)对钎焊的定义是:“一组焊接方法,它通过把各种材料加热到适当的温度,通过使用具有液相温度高于450℃但低于母材固相线温度的钎料完成材料连接。
钎料依靠毛细管吸附作用分布到接头紧密配合面上。
”通常按照所采用钎料的熔点可将钎焊分为两类,钎料熔点低于450℃时称为软钎焊,高于450℃时称为硬钎焊。
铝到目前为止仍然是重量轻、加工性好和经过时效硬化能提高强度的优良金属材料,尤其是经过阳极氧化等表面处理后,不但提高了抗蚀性能而且表面也变得美观了。
在添加铜、硅、镁、锌、锰以及镍、铁、钛、铬、锂等元素后,铝合金凭其密度低、强度高(接近或超过优质钢)、塑性好以及优良的导电性、导热性和抗蚀性,已经成为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展,对铝合金焊接结构件的需求日益增多,使铝合金的焊接性研究也随之深入。
铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展,同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域,因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
目前,我们接触到的用来焊接铝合金的方式有钎焊、搅拌摩擦焊、TIG焊和激光焊接技术。
和其他金属(如铜、铁和镍等)材料相比,铝的钎焊较困难,工艺钎焊性较差,其主要原因[1]是:(1) 铝的自由能值很小,对氧的亲和力极大,因此铝合金很容易生成氧化物,这一层表面致密的氧化膜严重阻碍钎料和母材之间的原子扩散,大大影响了钎焊时的润湿、反应及结合。
(2) 为清除铝合金表面的氧化膜而使用的钎剂,往往具有很强的腐蚀性,如果钎焊结束后清理不及时或不彻底,很容易就将焊接接头腐蚀破坏。
(3) 软钎焊铝合金时,软钎料与母材的电极电位相差较大,降低钎焊接头的抗腐蚀性能。
(4) 硬钎焊铝合金时,钎料的熔化和活性温度与铝合金的熔点很接近,钎焊时铝合金母材晶粒很容易长大,或造成母材过量溶解的溶蚀缺陷。
一、钎焊前后的准备和清理工作通常,钎焊前要对铝及铝合金表面做好清洁工作,母材表面存在油污和较厚的氧化膜,会妨碍钎料的流动及其与母材金属的结合,导致钎焊缺陷,如接头强度差、容易渗漏以及完全焊接不牢等。
若采用无熔剂真空钎焊,则焊前工件的清洗要求更为严格。
目前常用的去膜方法分物理方法和化学方法[2]两种。
物理方法是利用机械刮擦作用破碎并去除母材表面氧化膜,使液态钎料与母材直接接触发生润湿。
主要的作用方式有:(1) 利用坚硬的物体,在液态钎料层下沿母材表面用力往复刮擦;(2) 直接用钎料棒端头在加热到钎焊温度下的母材表面往复拖动。
但是机械打磨并不能彻底去掉母材表面的全部氧化膜,而且去膜后润湿角仍然较大,不能实现液态钎料毛细填缝过程。
因此,往往还要采用化学清洗的方式,即用清洗液清洗,焊前清洗液分以碱或酸为主要成份的两大类洗液。
因为铝是一种两性元素, 所以它和它的氧化物(即氧化铝)既能和碱液又能和酸液作用而达溶除氧化膜的目的。
碱液清洗液的主要成份一般是氢氧化钠,使用浓度在5%左右。
清洗过程为:65℃的氢氧化钠溶液浸渍30秒→冷水冲净→浓硝酸浸渍1分钟→用水冲刷干净。
若铝材表面油脂较多较厚,可使用浓度更高的氢氧化钠溶液、提高碱液温度、延长洗涤时间;或者可以在提高氢氧化钠浓度的同时添加水玻璃、磷酸钠和表面活性剂,乳化并去除油脂,但这种操作需要在流动的洗液中进行才能收到有较好的效果。
但是碱液对铝的腐蚀速度比酸液快很多,且迅速改变其原有浓度,导致碱性洗液对铝表面油脂的去除效果往往不是很理想,并且碱液对铝面的严重剥蚀使本来比较致密的铝面呈现粗糙,会降低钎焊后成品的耐压和耐疲劳强度。
因此,生产实践中更倾向于采用酸性洗液,特别是对钎焊时采用活性较弱的焊剂或少用焊剂、不用焊剂(无熔剂钎焊)的铝材更适合采用酸洗。
酸洗法需要另外有一套预先去除油污的工序。
例如,在有机溶剂甲乙酮或三氯乙烯或四氯化碳中彻底去除油污→干燥后浸入65℃硫酸浴5分钟→自来水喷淋1分钟→浸入缓和搅拌的室温硝酸洗液中1分钟→浸入室温喷淋的自来水1分钟→无离子水洗净后干燥。
这种先硫酸后硝酸的清洗法, 可把铝面的硫酸铝膜层转化为容易被水洗去的硝酸铝,清洗效果较为理想。
不论采用碱洗或酸洗,对于铝件来说都是一个化学腐蚀过程,而洗液浓度不可避免地在不断改变,除了随时调节浓度以外,对铝材在碱液或酸液中浸渍的时间也要视具体情况而定。
生产实践的经验证明:当铝表面开始普遍地产生大量气泡时, 说明铝面的氧化膜已被完全溶蚀,新生的铝面与碱液或酸液反应产生了氢气。
这时应迅速将铝件取出加以彻底清洗, 以免铝材被洗液腐蚀过甚。
钎焊后,如果选择的是钎剂钎焊,由于铝合金常用的钎剂都具有强烈的腐蚀性,应当及时、彻底地清洗残留在工件上的钎剂。
否则,即使残留的钎剂很少,也可能会严重腐蚀工件而降低焊接质量,甚至造成工件报废。
二、铝合金的软钎焊通常,铝合金的软钎焊既可以使用软钎料(锡基的低温钎料)或硬钎料(锌基的高温钎料),并采用适应焊接温度范围的合适钎剂。
一般来说,软钎焊是一种低温结合工艺,因此和硬钎焊或其他焊接方法相比,软钎焊铝合金产生的热变形更小。
软钎焊温度常选择225℃到490℃,比铝的熔点(661℃)要低得多。
如果是局部加热的软钎焊,则会改变铝合金在剪切、拉伸及热处理时产生的应力从而导致变形。
因此根据软钎焊工艺,选择适当的预热、不连续焊接以及接头形状至关重要。
1.铝合金软钎焊的工艺特点目前,铝合金软钎焊的方法很多:不用钎剂的有铝合金与钎料机械摩擦、超声波钎焊和热喷涂;使用钎剂的有感应、火焰、红外线、热板、钎焊炉、烙铁、激光、电弧灯等加热铝合金构件。
但由于铝合金本身具有很高的热传导性和反射性,加热过程中热量并不仅仅用于钎剂和钎料的熔化,因此虽然软钎焊的温度不高,仍需要大量足够的热量。
之前已经提到过,铝合金表面的氧化膜是制约其钎焊工艺性的一大难题,因为氧化铝膜层形成快速而且致密性很好,软钎焊铝时必须去除氧化膜。
当不使用钎剂时,软钎焊铝合金无论是用机械摩擦、超声波钎焊还是热喷涂方法,都需要用熔锌清除氧化铝层并使其下面的铝湿润(见图1)。
当使用钎剂进行软钎焊时,则所用钎剂必须能使钎料将铝合金浸润。
从钎焊课程演示实验可知,软钎焊铜时,用适度的有机和无机钎剂去除表层的氧化铜是比较容易的。
但是氧化铝就不是这么容易能去掉的,需要使用化学性很强的钎剂并且达到一定的温度才能取得良好的去膜效果[3],如有机胺基钎剂(285℃)、无机氯化物或氟化物钎剂(400℃)或者复合氟铝酸盐(550℃以上)。
但这些含氯或氟的钎剂的共同问题就是具有强腐蚀性,钎焊后必须及时把残渣清理干净。
适合用来软钎焊铝合金的钎料通常包含锌以及少量铅、镉、锡、铜或铝等元素。
但现在全世界禁止钎料里含有铅,使用无铅钎料已经成为共识,而镉钎料由于会危害工人健康也已经被禁止。
因此,现在主要使用的是锡-锌软钎料+有机或无机钎剂(熔点低于330 ℃)、锌基硬钎料+高熔点钎剂。
图1 铝合金密闭全润湿的效果图2.铝合金软钎焊的常见问题(1) 过热的危害实际生产中,大多数加热方式都可以用来进行铝合金的钎焊。
不过,由于铝合金熔点较低,很容易在短时间之内将铝合金退火或回火至325-350℃,也就意味着钎焊过程中,接近或达到该温度一定时间就会改变被焊母材的基本性质。
铝合金过热将会带来一系列不良结果:强度下降、弯曲、变形、改变硬度、韧性、表面状态、再结晶、热裂甚至恶性熔化。
因此,软钎焊铝合金在加热时,要特别注意控制加热速度、加热时间和保温时间。
如控制不当,铝合金基体金属会在热影响区重新形成合金,这样就改变了母材本身的性质,产生发源于热影响区的热裂纹[4]。
(2) 接头的抗腐蚀性铝合金软钎焊的另一个问题就是焊接接头的抗腐蚀性比较差。
这主要是因为钎料成分和母材铝合金的差别大,电极电位自然也不同,就会在接头中相互接触的界面发生电化学腐蚀,电极电位低的金属元素将作为阳极首先被腐蚀掉。
为了提高钎焊后接头的抗腐蚀性,可以在低温软钎料中加入锌。
这是因为铝和锌固态能够互溶,随着钎料含锌量的增加,钎料和母材之间的结合加强,界面处的电极电位得到提高,从而接头的抗腐蚀性也得到改善。
另外,还可以在铝合金表面预先镀铜或镍后进行钎焊,不但简化了去膜工序,而且接头的电极电位分布也发生了有利的变化,不会在界面和钎缝处发生腐蚀。
三、铝合金的硬钎焊相对于软钎焊来说,铝合金硬钎焊的接头强度和耐蚀性都更好一些,可靠性也较高。
1.铝合金硬钎焊的工艺特点目前,硬钎焊铝合金常用的钎料还是铝基钎料。
比如,Al-Si钎料焊接得到的接头不但强度高,而且由于铝和硅电极电位接近,,所以抗电化学腐蚀性能也比软钎焊优越。
另外,在Al-Si钎料中添加Cu元素可以降低钎料的熔点,但是Cu元素过多会导致接头变脆,可以再添加Ni 元素在一定程度上弥补Cu元素带来的脆性,但Ni元素反过来又会提高钎料的熔点。
2.铝合金硬钎焊的方法现在常用的铝合金硬钎焊方法有火焰钎焊、加热炉钎焊、浸渍钎焊、感应钎焊及电阻钎焊等使用焊剂的钎焊法和真空钎焊、保护气体钎焊等不用焊剂钎焊法等,其中不用焊剂的钎焊方法目前正在迅速发展。
与传统的焊剂钎焊法相比, 真空钎焊和保护气体钎焊等无焊剂钎焊法虽然设备费用大, 但具有便于自动化生产质量稳定等优点,无焊剂钎焊法由于可以省略焊前及焊后处理工序, 所以节省劳力, 而且加热后的有害物及清理残余物等对人体有危害的问题也可得到解决。
(1)铝合金的火焰钎焊[5]火焰钎焊是用可燃气体或液体燃料的汽化物,与氧气或空气的混合物在燃烧时所形成的火焰来加热铝合金零件和钎料、钎剂。
火焰钎焊的热源,可以是氧气或压缩空气—煤气火焰、压缩空气—雾化汽油火焰、压缩空气—苯火焰以及氧气—乙炔火焰。
火焰钎焊前先行装配工件,加热过程中将粉状钎剂涂在微微加热的钎焊部分的焊口上,再用加热的钎料末端浸在粉状钎剂中。
根据涂在工件上的钎剂是否开始熔化来判断工件是否达到钎焊温度。
钎料的熔化必须在钎料和加热的零件边缘相接触时进行,不能将钎料放在火焰中熔化,也不允许钎料成溶滴状滴入焊缝, 应该是依靠工件传导给钎料的热量来熔化钎料并随即填加在钎焊缝间隙处。
当整条钎焊缝填满钎料呈弯月状时, 可迅速移去钎料棒与焊枪。
火焰钎焊铝合金时应注意:①由于铝及铝合金的钎焊温度不超过600℃,因此要用火焰的外缘部分来加热, 因为该区火焰的温度较低而体积较大。