CN101579768B - 铝合金两级接触反应的钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
铝合金两级接触反应的钎焊方法，它涉及一种钎焊方法。本发明利用Zn/Cu复合中间层作为液相产生源，解决了现有焊接方法难以控制焊接精度和焊合率低的问题。本发明方法如下：将预置了Zn/Cu复合层的铝合金和待连接件组成待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa或纯度为99.999％(体积)高纯氩气保护、连接面压力为0.02MPa的条件下，加热、保温，然后再加热、保温，停止加热，再随炉冷却至200℃～50℃，然后取出连接后的工件组，完成钎焊过程。采用本发明方法焊接后的接头抗剪强度达到铝合金母材强度的90％以上，焊合率达到98％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种钎焊方法。
背景技术
目前涉及铝合金的常用焊接方法主要有熔化焊、电阻点焊及滚焊、扩散焊、钎焊、以及接触反应钎焊方法。但是熔焊的最大问题是难以实现高精度连接，并且焊接位置常常受到结构的限制，且不适合于大面积连接应用；电阻点焊及滚焊焊接时需要庞大、复杂的设备，此种方法一般只用于焊接厚度在4mm以下的铝合金薄板，针对厚板焊接具有一定的困难；采用扩散焊时由于铝合金熔点低，无固态相变以及表面覆盖有致密稳定的Al2O3氧化膜，所以其固相扩散焊接头焊合率低，机械性能差；采用钎焊的方法由于铝合金表面有一层极为致密、性能稳定、熔点高的Al2O3氧化膜，易造成未熔合和焊缝夹杂，铝合金钎焊时需要破坏这层膜，否则熔化的钎料不能润湿母材，因此经常采用钎剂的作用以去除氧化膜，焊后需进行清理，并且仍然存在气孔、“大、小包围”等缺陷难以实现高致密性连接，钎透率(焊合率)一般低于80％；接触反应钎焊是一种依靠连接材料之间或连接材料与中间层材料之间的冶金反应(如共晶反应)产生液相来实现连接的工艺方法，它避免了常规钎焊工艺中液态钎料宏观填缝过程所引起的“大、小包围”现象，因此钎缝致密性较高，适合于大面积精密部件的连接场合，但是由于共晶接触反应钎焊不施加钎剂，尽管钎焊前进行严格清洗，亦难免在钎焊过程再次形成致密氧化膜，从目前的报道来看，采用单一中间层的方式去膜能力有限，且产生的液相量难于控制，这样一方面容易导致钎缝的不致密性缺陷，连接强度较低，另外很难实现精密连接中对液相量的精确控制，焊合率一般很难达到95％以上，实现无缺陷的焊接更是极其困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了解决现有焊接方法难以控制焊接精度和焊合率低的问题，提供了一种铝合金两级接触反应的钎焊方法。
本发明铝合金两级接触反应钎焊的方法如下：一、将预置了Zn/Cu复合层 的铝合金与待连接件组成待连接工件组，其中铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa或纯度体积浓度为99.999％的高纯氩气保护、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃～420℃、保温10min～20min，然后第二次加热至520℃～540℃、保温20min～60min，停止加热，再随炉冷却至200℃～50℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊。
本发明方法中步骤一所述的铝合金为6063铝合金或7005铝合金；步骤一所述的待连接件为6063铝合金、7005铝合金、紫铜或硼酸铝晶须增强铝基复合材料；其中6063铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层，7005铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层。
本发明采用Zn/Cu复合中间层作为液相产生源，首先在Zn-Al共晶温度以上(400℃～420℃)温区进行一次保温，利用Zn-Al共晶形成液相的皮下潜流特性进行铝合金表面的“预清洁”处理进行氧化膜破除，然后在520℃～540℃温区进行再次保温，利用Cu的溶解，及其在铝合金表面的晶界优先扩散(晶间渗透效应)所起到的反应铺展作用进行“二次去膜”，并利用接头中形成的Zn-Al-Cu三元共晶液相完整地填充钎缝间隙，保温过程中Zn、Cu元素向铝合金母材中大量扩散，使接头达到冶金结合，冷却后形成致密的钎缝组织，使焊接后的接头抗剪强度达到铝合金母材强度的90％以上，钎透率(焊合率)达到98％以上。由于待连接面具有Zn/Cu复合中间层的铝合金中的复合中间层采用化学浸镀和电镀的形式制得，所以中间层厚度均匀，避免了手工涂抹钎料的不均匀缺点，焊接后成型美观。本发明方法连接过程中施加的压力小、连接温度低、母材变形小，焊接精度高，适合于高精度构件的连接。本发明方法适用的接头形式多样，可以采用对接、搭接、T型接头等任意形式，并且不受结构因素的影响，适合于连接具有复杂腔体结构的产品。
附图说明
图1是具体实施方式十一所得连接后的工件组接头的扫描电镜照片。图2是具体实施方式十三所得连接后的工件组接头的扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中铝合金两级接触反应钎焊的方法如下：一、将预置了Zn/Cu复合层的铝合金与待连接件组成待连接工件组，其中铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa或纯度浓度为99.999％(体积)的高纯氩气保护、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃～420℃、保温10min～20min，然后第二次加热至520℃～540℃、保温20min～60min，停止加热，再随炉冷却至200℃～50℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊。
本实施方式中铝合金是由铝合金化学浸镀2μm～3μm厚的Zn层，再在Zn层外电镀厚度为6μm～10μm的Cu层得到的。所述的化学浸镀和电镀可采用现有工艺进行。
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所述的铝合金为6063铝合金或7005铝合金。其它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或二不同的是步骤一所述的待连接件为6063铝合金、7005铝合金、紫铜或硼酸铝晶须增强铝基复合材料；其中6063铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层，7005铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二中第一次加热的温度为410℃、保温时间为15min。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或四不同的是步骤二中第二次加热的温度为525℃～535℃、保温时间为25min～55min。其它与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二或四不同的是步骤二中第二次加热的温度为530℃、保温时间为30min。其它与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二、四或六不同的是步 骤一中铝合金的待连接面的Zn层厚度为2.5μm。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中铝合金的待连接面的Cu层厚度为6.5μm～9.5μm。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是步骤一中铝合金的待连接面的Cu层厚度为8μm。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一、二、四、六或八不同的是步骤二中所述的真空度为1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa。其它与具体实施方式一、二、四、六或八相同。
具体实施方式十一：本实施方式中铝合金两级接触反应钎焊的方法如下：一、将6063铝合金与6063铝合金组成待连接工件组，其中6063铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃、保温10min，然后第二次加热至520℃、保温60min，停止加热，再随炉冷却至150℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊.。
经剪切试验测定本实施方式中所得连接后的工件组的接头抗剪强度可达到107.9MPa，达到母材强度的90.6％(母材强度为119MPa)，从图1中可以发现钎缝组织极其致密，未发现任何夹杂、气孔等缺陷，接头钎透率(焊合率)可达到98％以上。
具体实施方式十二：本实施方式中铝合金两级接触反应钎焊的方法如下：一、将7005铝合金与7005铝合金组成待连接工件组，其中7005铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃、保温10min，然后第二次加热至520℃、保温60min，停止加热，再随炉冷却至150℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊.。
经剪切试验测定本实施方式中所得连接后的工件组的接头抗剪强度可达到104.6MPa，达到母材强度的90.2％(母材强度为116MPa)，钎缝组织极其 致密，未发现任何夹杂、气孔等缺陷，接头钎透率(焊合率)可达到98％以上。
具体实施方式十三：本实施方式中铝合金两级接触反应钎焊的方法如下：一、将6063铝合金与硼酸铝晶须增强铝基复合材料组成待连接工件组，其中6063铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃、保温10min，然后第二次加热至520℃、保温60min，停止加热，再随炉冷却至150℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊.。
经剪切试验测定本实施方式中所得连接后的工件组的接头抗剪强度可达到109.4MPa，达到母材强度的91.9％，从图2中可以发现钎缝组织极其致密，未发现任何夹杂、气孔等缺陷，接头钎透率(焊合率)可达到99％以上。
具体实施方式十四：本实施方式中铝合金两级接触反应钎焊的方法如下：一、将6063铝合金与紫铜组成待连接工件组，其中6063铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃、保温10min，然后第二次加热至520℃、保温60min，停止加热，再随炉冷却至150℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊.。
经剪切试验测定本实施方式中所得连接后的工件组的接头抗剪强度可达到107.5MPa，达到铝合金母材强度的90.3％，钎缝组织极其致密，未发现任何夹杂、气孔等缺陷，接头钎透率(焊合率)可达到99％以上。
Claims (10)
1.铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于铝合金两级接触反应钎焊方法如下：一、将预置了Zn/Cu复合层的铝合金与待连接件组成待连接工件组，其中铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层；二、将待连接工件组置于钎焊炉中，在真空度不低于1.33×10-3Pa或体积浓度为99.999％的高纯氩气保护、连接面压力为0.02MPa的条件下，第一次加热至400℃～420℃、保温10min～20min，然后第二次加热至520℃～540℃、保温20min～60min，停止加热，再随炉冷却至200℃～50℃，然后取出连接后的工件组，在空气中冷却至室温，即完成钎焊。
2.根据权利要求1所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤一所述的铝合金为6063铝合金或7005铝合金。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤一所述的待连接件为6063铝合金、7005铝合金、紫铜或硼酸铝晶须增强铝基复合材料；其中6063铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层，7005铝合金的待连接面按顺序镀有2μm～3μm厚的Zn层和6μm～10μm厚的Cu层。
4.根据权利要求3所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤二中第一次加热的温度为410℃、保温时间为15min。
5.根据权利要求1或2所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤二中第二次加热的温度为525℃～535℃、保温时间为25min～55min。
6.根据权利要求1或2所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤二中第二次加热的温度为530℃、保温时间为30min。
7.根据权利要求6所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤一中铝合金的待连接面的Zn层厚度为2.5μm。
8.根据权利要求7所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤一中铝合金的待连接面的Cu层厚度为6.5μm～9.5μm。
9.根据权利要求7所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤一中铝合金的待连接面的Cu层厚度为8μm。
10.根据权利要求9所述的铝合金两级接触反应的钎焊方法，其特征在于步骤二中所述的真空度为1.0×10-3Pa～1.0×10-5Pa。
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