CN101474699B

CN101474699B - 铝或铝合金的超声波软钎焊方法

Info

Publication number: CN101474699B
Application number: CN2009100713012A
Authority: CN
Inventors: 赵维巍; 陈伟; 冷雪松; 闫久春; 李远星
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2029-01-19
Also published as: CN101474699A

Abstract

铝或铝合金的超声波软钎焊方法，它涉及铝或铝合金的焊接方法。它解决了现有的铝或铝合金的焊接中存在钎剂与钎料不能有效配合、焊后的接头剪切强度低、钎料熔化温度高和需要施加压力的问题。方法：1.对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，预留焊缝间隙；2.将钎料置于到焊缝处，加热并超声处理，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊。本发明中钎料在230～250℃的低温下熔化，且常压条件下进行铝或铝合金的超声波钎焊，不使用钎剂，焊后的接头剪切强度达到90～110MPa，拉伸强度达到200～220MPa。

Description

铝或铝合金的超声波软钎焊方法

技术领域

本发明涉及铝或铝合金的焊接方法。

背景技术

铝或铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，在航空、船舶、电子和化学精练等工业中有广泛的应用前景。传统的铜合金结构件已被铝合金所取代，特别是电子产品，由于原来铜合金构件的连接通常采用软钎焊方法，对加热温度有一定的限制，所以探索铝合金的软钎焊方法是非常需要的，铝或铝合金的软钎焊困难主要表现为：一、没有合适铝或铝合金的软钎焊的钎剂：由于铝较铜表面有更致密的氧化膜，所以软钎焊铜合金时所用的钎剂并不能有效的去除铝或铝合金表面的氧化膜，能去除铝或铝合金表面氧化膜的钎剂的熔化温度一般都比低温钎料的温度高，与低温钎料不能有效配合，而且钎剂的使用容易造成焊后污染和腐蚀；二、焊后接头强度低：由于软钎焊所用的钎料多为Sn基钎料，钎料强度较低，所以导致焊后的接头剪切强度不高，仅为20～40MPa。

目前，采用超声波钎焊的方法实现Sn基钎料钎焊铝或铝合金，方式为超声波搪锡铝或铝合金使其表面挂上一层Sn基钎料，然后再对接实现焊接，但是由于钎料强度较低，焊后的接头剪切强度仍不高，而且存在钎料熔化温度高达280～300℃，还需要施加压力的问题，无法实现真正意义上的软钎焊。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的铝或铝合金的焊接中存在钎剂与钎料不能有效配合、焊后的接头剪切强度低、钎料熔化温度高和需要施加压力的问题，而提供铝或铝合金的超声波软钎焊方法。

铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为50～500μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230～250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为20～100KHz、振幅为1～50μm的条件下超声处理10～60s后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：57％～98.9％的Sn、1％～25％的Zn、0％～5％的Al、0％～5％的Cu、0.1％～5％的Ag、0％～1％的Mn、0％～1％的Si和0％～1％的Ni组成。

铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为50～500μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230～250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为20～100KHz、振幅为1～50μm的条件下超声处理0.1～10s，继续保温1～120min后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：57％～98.9％的Sn、1％～25％的Zn、0％～5％的Al、0％～5％的Cu、0.1％～5％的Ag、0％～1％的Mn、0％～1％的Si和0％～1％的Ni组成。

本发明中钎料在230～250℃的低温下熔化，且常压条件下进行铝或铝合金的超声波钎焊，不使用钎剂，节能环保，操作方便，易于实现自动化焊接。本发明中长时间超声波处理，能促进近缝区母材溶解进入钎缝，使母材中的Al元素进入焊缝，改变钎缝的合金成份，进而改变钎缝的微观组织，使钎缝中出现大量的树枝状的AlSn固溶体，可以作为增强相提高钎缝力学性能，焊后的接头剪切强度达到90～110MPa，拉伸强度达到200～220MPa；本发明中短时间超声波处理之后使接头在钎焊温度下保温一段时间，代替了长时间的超声波振动，使近缝区母材溶解进入钎缝，使母材中的Al元素进入焊缝，改变钎缝的合金成份，进而改变钎缝的微观组织，使钎缝中出现大量的树枝状的AlSn固溶体，可以作为增强相提高钎缝力学性能，焊后的接头剪切强度达到90～110MPa，拉伸强度达到200～220MPa。

附图说明

图1为具体实施方式十五中超声波软钎焊的操作示意图，其中1为超声头，2为铝合金板材，3为薄片状钎料，4为热源。图2为具体实施方式十六中超声波软钎焊的操作示意图，其中1为超声头，2为铝合金板材，3为棒状钎料，4为热源。图3为具体实施方式十七中超声波软钎焊的操作示意图，其中1为超声头，2为铝合金板材，3为薄片状钎料，4为热源。图4为具体实施方式十八中超声波软钎焊的操作示意图，其中1为超声头，2为铝合金板材，3为丝状钎料，4为热源。图5为具体实施方式十五中超声波软钎焊后钎缝的微观组织图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为50～500μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230～250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为20～100KHz、振幅为1～50μm的条件下超声处理10～60s后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：57％～98.9％的Sn、1％～25％的Zn、0％～5％的Al、0％～5％的Cu、0.1％～5％的Ag、0％～1％的Mn、0％～1％的Si和0％～1％的Ni组成。

本实施方式步骤一中铝合金为现有各种型号的铝合金。

本实施方式步骤一中表面清理是用500^#砂纸打磨铝或铝合金板材的待焊部位，然后用丙酮清洗。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中焊缝间隙为100～400μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中焊缝间隙为200～300μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中焊缝间隙为250μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是步骤二中钎料为薄片状、棒状或丝状。其它步骤及参数与具体实施方式一、二、三或四相同。

本实施方式中钎料为棒状或丝状时，钎料置于到焊缝处的间隙端，利用毛细作用填充焊缝。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中在235～245℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为30～90KHz、振幅为5～45μm的条件下超声处理20～50s。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中在240℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为60KHz、振幅为35μm的条件下超声处理45s。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤二中在250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为50KHz、振幅为40μm的条件下超声处理55s。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

具体实施方式九：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为50～500μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230～250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为20～100KHz、振幅为1～50μm的条件下超声处理0.1～10s，继续保温1～120min后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：57％～98.9％的Sn、1％～25％的Zn、0％～5％的Al、0％～5％的Cu、0.1％～5％的Ag、0％～1％的Mn、0％～1％的Si和0％～1％的Ni组成。

本实施方式步骤一中铝合金为现有各种型号的铝合金。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是步骤一中焊缝间隙为300μm。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九或十不同的是步骤二中钎料为薄片状、棒状或丝状。其它步骤及参数与具体实施方式九或十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤二中在230℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为80KHz、振幅为40μm的条件下超声处理10s，继续保温30min。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤二中在240℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为30KHz、振幅为30μm的条件下超声处理0.5s，继续保温10min。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一不同的是步骤二中在250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为70KHz、振幅为50μm的条件下超声处理3s，继续保温60min。其它步骤及参数与具体实施方式十一相同。

具体实施方式十五：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接在一起，焊缝间隙为300μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为90KHz、振幅为40μm的条件下超声处理50s后降温至室温，即完成铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：70％的Sn、21％的Zn、4％的Al、3％的Ag、1％的Mn、0.5％的Si和0.5％的Ni组成。

本实施方式中铝合金的超声波软钎焊，由图5中可以看出，钎缝中出现大量的AlSn固溶体，它作为增强相提高钎缝力学性能；经测试，焊后的接头剪切强度达到110MPa，拉伸强度达到210MPa。

具体实施方式十六：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接在一起，焊缝间隙为350μm；二、将钎料置于到焊缝处，在250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为80KHz、振幅为30μm的条件下超声处理55s后降温至室温，即完成铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：66％的Sn、25％的Zn、4％的Cu、3％的Ag、1％的Mn、0.5％的Si和0.5％的Ni组成。

本实施方式中铝合金的超声波软钎焊，经测试，焊后的接头剪切强度达到100MPa，拉伸强度达到220MPa。

具体实施方式十七：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为250μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为80KHz、振幅为30μm的条件下超声处理5s，继续保温60min后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量比由：70％的Sn、18％的Zn、4％的Al、5％的Cu、1％的Ag、1％的Si和1％的Ni组成。

具体实施方式十八：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为300μm；二、将钎料置于到焊缝处，在250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为90KHz、振幅为40μm的条件下超声处理8s，继续保温50min后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金中按重量配比由：98.5％的Sn、1％的Zn和0.5％的Ag组成。

本实施方式中铝合金的超声波软钎焊，经测试，焊后的接头剪切强度达到110MPa，拉伸强度达到210MPa。

具体实施方式十九：本实施方式铝或铝合金的超声波软钎焊方法按以下步骤实现：一、对铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为320μm；二、将钎料置于到焊缝处，在240℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为85KHz、振幅为45μm的条件下超声处理10s，继续保温50min后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：75.2％的Sn、16％的Zn、2％的Al、2％的Cu、3％的Ag、0.5％的Mn、0.8％的Si和0.5％的Ni组成。

本实施方式中铝合金的超声波软钎焊，经测试，焊后的接头剪切强度达到105MPa，拉伸强度达到213MPa。

Claims

1.铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于铝或铝合金的超声波软钎焊按以下步骤实现：一、对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为50～500μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230～250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为20～100KHz、振幅为1～50μm的条件下超声处理10～60s后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：57％～98.9％的Sn、1％～25％的Zn、0％～5％的Al、0％～5％的Cu、0.1％～5％的Ag、0％～1％的Mn、0％～1％的Si和0％～1％的Ni组成。

2.根据权利要求1所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤一中焊缝间隙为100～400μm。

3.根据权利要求1所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤一中焊缝间隙为250μm。

4.根据权利要求1、2或3所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤二中钎料为薄片状、棒状或丝状。

5.根据权利要求4所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤二中在240℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为60KHz、振幅为35μm的条件下超声处理45s。

6.铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于铝或铝合金的超声波软钎焊按以下步骤实现：一、对铝或铝合金板材的待焊部位进行表面清理，然后将待焊部位搭接或对接在一起，焊缝间隙为50～500μm；二、将钎料置于到焊缝处，在230～250℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为20～100KHz、振幅为1～50μm的条件下超声处理0.1～10s，继续保温1～120min后降温至室温，即完成铝或铝合金的超声波软钎焊；其中步骤二中钎料为Sn基合金，Sn基合金按重量百分比由：57％～98.9％的Sn、1％～25％的Zn、0％～5％的Al、0％～5％的Cu、0.1％～5％的Ag、0％～1％的Mn、0％～1％的Si和0％～1％的Ni组成。

7.根据权利要求6所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤一中焊缝间隙为300μm。

8.根据权利要求6或7所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤二中钎料为薄片状、棒状或丝状。

9.根据权利要求8所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤二中在230℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为80KHz、振幅为40μm的条件下超声处理10s，继续保温30min。

10.根据权利要求6所述的铝或铝合金的超声波软钎焊方法，其特征在于步骤二中在240℃的条件下加热至钎料为液相，然后保温并且在频率为30KHz、振幅为30μm的条件下超声处理0.5s，继续保温10min。