鋁合金高溫空氣爐中釬焊工藝探討

1、鋁合金高溫空氣爐中釬焊工藝探討2005年6月江南航天科技第2期鋁合金高溫空氣爐中釬焊工藝探討劉勇萬有紅(貴州航天凱天科技有限責(zé)任公司)摘要介紹了鋁及鋁合金高溫空氣爐中釬焊,通過對爐中釬焊規(guī)范的分析,釬料,釬劑熔化時間,零件間隙,定位方法,釬劑和釬料選放位置等問題進(jìn)行了探討.主題詞鋁及鋁合金高溫空氣爐中釬焊1前言鋁及鋁合金在人造衛(wèi)星,火箭,導(dǎo)彈,微波器件,飛機(jī),汽車水箱,空調(diào)散熱器或熱交換器等的制造上,為了減輕重量,降低能耗,提高效率和增強(qiáng)機(jī)動性能都盡可能地代替銅,甚至代替鋼.能否取代的關(guān)鍵在于鋁及鋁合金的焊接,而精密又方便的工藝首推釬焊.在釬焊過程中,鋁及鋁合金的釬焊不同于銅基材和黑色金屬材料

2、的釬焊.一方面是由于鋁表面氧化的熱穩(wěn)定性很大;另一方面是因?yàn)殇X有顯著的負(fù)電性,由于鋁的負(fù)電特性容易使釬縫產(chǎn)生接觸腐蝕,為了防止接觸腐蝕帶來的危害,在選擇釬料時根據(jù)釬焊方式的不同可在其中添加微量元素,使其性能滿足所選擇的焊接方式.在鋁合金的高溫釬焊工藝中,目前國內(nèi)外大部分采用鹽浴釬焊,這種方法傳熱均勻,操作簡單,但是污染嚴(yán)重,設(shè)備投資大,需要有較復(fù)雜的專用工裝,一般適用于大批量生產(chǎn),不適用于批量小,品種多,要求高的產(chǎn)品的生產(chǎn).在真空釬焊中,雖然它具有焊件不用清洗,釬縫不易腐蝕等優(yōu)點(diǎn),但是在真空釬焊過程中要添加鎂塊作為活化劑,才能實(shí)現(xiàn)零件的焊接.由于鎂在溫度約為400時就開始升華,這一溫度大大低于

3、釬焊溫度,因此必須使用較大量的這種金屬蒸氣以保證在釬焊溫度下有足夠的鎂蒸氣,而過多的鎂蒸氣產(chǎn)生的氧化物會導(dǎo)致釬焊爐室的嚴(yán)重污染.高溫空氣爐中釬焊操作方便,設(shè)備簡單,它可利用箱式電阻爐進(jìn)行改裝而成,這種釬焊爐通常用來釬焊一些較為簡單的零件.用它來釬焊形狀復(fù)雜的零件則是一種新的嘗試.本文針對爐中釬焊的一些問題如釬劑,釬料的使用及釬縫質(zhì)量的控制進(jìn)行了探討.2釬劑鋁及鋁合金在空氣中受高溫時,很容易被氧化,氧化層的厚度與溫度的高低和時間的29長短有關(guān).較厚的氧化膜對鋁及鋁合金能否進(jìn)行釬焊起決定性作用,如果要在大氣中進(jìn)行鋁及鋁合金釬焊則必須使用釬劑.釬劑除了起覆蓋,去膜與活化作用外,利用它的熔點(diǎn),在手工火

4、焰釬焊時還可作為一種溫度的指示劑(利用鋁及鋁合金不因加熱溫度的升高而明顯改變本身的顏色).為了不削弱釬劑,釬料在基體金屬釬縫上的流動性,必須讓熔化的釬料能很容易地把釬劑從釬縫中排擠出去,所以釬劑在釬焊溫度下的粘性和表面張力的大小很重要,這是在選擇釬劑時需要考慮的;另外釬劑在釬焊過程中的反應(yīng)速度隨著基體金屬,釬料和附加零件溫度的升高而加快,當(dāng)釬劑熔化后,在特定的時間內(nèi)釬劑如不能及時流布,隨著加熱時間的延長釬料的流布特性將下降,從而導(dǎo)致釬劑的失效.因此選擇釬劑的成分時,在滿足釬焊過程的全部要求中還包括時間因素,釬劑的使用技術(shù)和方法以及釬焊所需的時間對釬焊質(zhì)量影響很大,因?yàn)橛性S多變化的因素影響釬劑的

5、適用性,如基體金屬,釬料,釬焊的方法,釬焊所需的時間,升溫速度及接頭的復(fù)雜程度等.如果想得到優(yōu)質(zhì)焊縫必須選擇所用釬劑的最佳性能規(guī)范及使用方法:2.1釬劑使用的溫度和時間規(guī)范釬劑必須在釬焊的溫度范圍內(nèi)都保持有效,釬劑熔化后其最高活性時間根據(jù)其活化劑的不同而存在差異.如當(dāng)只含znci:和兼znci:,cdci:的釬劑熔化后,其最高活性時間分別為30s和2.5min,所謂最佳規(guī)范就是掌握或控制基體金屬升溫速度,使釬料的流動發(fā)生在釬劑最高活性時間內(nèi).2.2釬劑的使用方法用于鋁及鋁合金的釬劑大都采用干粉狀態(tài),這對于手工火焰釬焊問題不大,因?yàn)榭梢圆捎眉訜徕F料來蘸取干粉于適當(dāng)時加入釬縫.但對于爐中釬焊,一般

6、都要求在入爐前先將釬料,釬劑放在工件上,這一要求在很多時候很難做到,對于復(fù)雜的高精度組合件有很多特殊位置的釬縫更加困難,常常因?yàn)楦煞蹱钼F劑和塊狀釬料無法放入因而無法進(jìn)行.理想的方案是將這種釬劑用蒸餾水或丙酮調(diào)制成糊狀,用這種糊狀釬劑可在焊前將釬料可靠地粘附在所需位置,而且保證釬焊過程在釬縫中流動均勻,既簡化了釬焊工藝又保證了釬焊質(zhì)量.3釬料由于鋁及鋁合金基體的熔點(diǎn)與釬料的熔點(diǎn)很接近,因此必須精確地控制加熱溫度和時間,以防止基體金屬溫度過高而使釬縫發(fā)生腐蝕.在選用釬料時,根據(jù)所用的釬焊方式及母材的焊接性來選擇合適的釬料;為了使用的方便,可把釬料做成各種截面尺寸的絲.在爐中釬焊中,為了使釬料能與基

7、體金屬釬縫很好的接觸,一般采用各種尺寸截面的焊絲.4影響鋁及鋁合金釬焊質(zhì)量的因素4.1熔蝕熔蝕主要是由于零件熱容量和表面換熱條件不同而引起的基體金屬熔蝕.對于結(jié)構(gòu)比較簡單的焊接組件,可通過焊后加工來彌補(bǔ)因釬縫基體金屬的熔蝕產(chǎn)生的缺陷:對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜熱容量和表面換熱條件相差很大的焊接組件,焊后不能或不易再進(jìn)行機(jī)械加工的,就會因釬焊爐溫選用不當(dāng)使組件有的部位因溫度不夠而焊不透,有的部位卻因局部過熱而熔蝕,從而導(dǎo)致整個組件報(bào)廢.4.2時間釬劑,釬料熔點(diǎn)差對爐中釬焊一般為20左右,零件升溫速度必須達(dá)到40c/min以上;當(dāng)釬劑熔化后釬料的熔化時間要選在釬劑活性劑達(dá)到最高活性時間,這樣才可得到優(yōu)質(zhì)的釬縫.

8、4-3間隙接頭間隙對釬縫質(zhì)量的影響非常大,由于間隙不合理,易產(chǎn)生夾渣,氣孔,釬不透,釬料流失,熔蝕變形等不良影響.對lf21母材進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)要得到相同質(zhì)量的釬縫,采用不同的釬焊方式其間隙大小不同,手工火焰釬焊要求的裝配間隙大于高溫空氣爐中釬焊要求的裝配間隙.爐中釬焊的裝配間隙以0.o10.08ram為宜,間隙過大(即大于0.1mm以上)在釬縫(對接接頭)進(jìn)行二次焊接時原釬縫容易形成凹陷,而且釬縫的抗拉,抗剪性能都不及小間隙,間隙過小對釬縫不利.因此在釬焊時,要保證零件有一較為合理的裝配間隙.4.4定位方法各種定位方法都要使得所釬焊零件能在釬焊溫度下保持適當(dāng)?shù)拈g隙,不影響釬焊均勻升溫和釬劑,

9、釬料的流動.釬焊定位的方式可通過三種方式實(shí)現(xiàn);首先是機(jī)械定位,對機(jī)械定位的組件其零件及工裝的加工原則以加工方便,重量輕,吸熱少,不破壞已定好的釬焊間隙為宜.其次通過自鎖定位,自鎖定位是通過零件自身重力的作用來實(shí)現(xiàn),此時應(yīng)注意零件錯位現(xiàn)象的發(fā)生.再次是采用壓弧焊或激光點(diǎn)焊來定位.4.5釬料,釬劑選放位置釬料,釬劑選放的位置也很重要,應(yīng)使釬料,釬劑放于最佳位置.所謂最佳位置就是指釬料,釬劑都能以最短的流動距離填滿所有釬縫,因?yàn)樗x用的釬料,釬劑的流動性和潤濕能力都是很強(qiáng)的.釬料,釬劑的流動速度即使再快也得需要一定時間,隨著時間延長釬劑的流動由大變小,而基體金屬的溫度也相應(yīng)隨著時間的延長而升高.這樣就使釬縫不連續(xù)或產(chǎn)生熔蝕.釬料釬劑放置的位置最好是釬焊后能加工掉的地方.5結(jié)論通過多年對鋁合金釬焊的實(shí)踐及其高溫空氣爐釬焊工藝的探討