CN109175660B - 一种铝合金扩散焊接装置及铝合金扩散焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铝合金扩散焊接装置及铝合金扩散焊接方法，涉及扩散焊接技术领域，所述铝合金扩散焊接装置包括卡具，所述卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数；所述卡具包括上板、下板和至少两块侧板；使用所述铝合金扩散焊接装置时，通过紧固件分别将所述下板与所述侧板的下端相连，将所述上板与所述侧板的上端相连，相邻所述侧板之间设置有孔隙，所述上板、所述下板以及相邻所述侧板围合形成空腔；将待焊件放置于所述空腔内。本发明提供的铝合金扩散焊接装置，可实现大规模铝合金材料的扩散焊接，摆脱扩散焊接对扩散炉的依赖。

Description

一种铝合金扩散焊接装置及铝合金扩散焊接方法

技术领域

本发明涉及扩散焊接技术领域，具体涉及一种铝合金扩散焊接装置及铝合金扩散焊接方法。

背景技术

扩散焊接是压焊的一种，由于其使用材料范围广及焊接质量高而被广泛应用于电子工业、核能工业、航空航天等领域。

铝合金的扩散焊接普遍依赖专用扩散设备—扩散炉来进行，由于扩散炉设备制作难度大，扩散炉的设备规模较小，仅用于供尺寸较小的铝合金材料进行扩散焊接；目前大尺寸的铝合金材料主要利用传统钎焊的方式来进行连接，但在进行钎焊时，钎料中的合金元素易与铝合金发生电化学腐蚀，且大面积钎焊过程中易于在钎料凝固阶段，于钎焊的焊缝处形成孔洞缺陷，从而影响接头强度及铝合金材料的使用寿命，影响铝合金材料的使用。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种铝合金扩散焊接装置，包括卡具，所述卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数；

所述卡具包括上板、下板和至少两块侧板；

使用所述铝合金扩散焊接装置时，分别将所述下板与所述侧板的下端相连，将所述上板与所述侧板的上端相连，相邻所述侧板之间设置有孔隙，所述上板、所述下板以及相邻所述侧板围合形成空腔；将待焊件放置于所述空腔内进行扩散焊接。

可选的，所述上板上设置有多个预紧螺孔，通过所述预紧螺孔向所述上板施加预紧力，多个所述预紧螺孔以所述待焊件为中心对称分布。

可选的，所述卡具还包括压板， 使用所述铝合金扩散焊接装置时，将所述压板放置于所述待焊件与所述上板之间。

可选的，所述侧板的数量为四块。

可选的，所述卡具的材质为石墨或C45钢。

本发明的另一目的在于提供一种铝合金扩散焊接方法，使用上述的铝合金扩散焊接装置进行扩散焊接，所述铝合金扩散焊接方法包括如下步骤：

S1：对待焊件的表面进行化学处理除去氧化膜，得到处理后的待焊件；

S2：将所述处理后的待焊件与卡具进行装配，具体包括：

S21:将卡具的下板与侧板的下端相连；

S22：将所述处理后的待焊件放置于所述下板与所述侧板形成的空腔内；

S23：将所述卡具的上板与所述侧板的上端相连，对所述卡具的上板施加预紧力，得到装配好的卡具工装；

S3：将所述装配好的卡具工装放置于真空炉内进行扩散焊接。

可选的，所述预紧力的大小由所述待焊件的中心向外逐步降低。

可选的，所述对待焊件的表面进行化学处理包括：

S11：依次用丙酮、氢氧化钠溶液、无水乙醇、硝酸溶液清洗所述待焊件的表面；

S12：去除所述待焊件表面的反应生成物并出光；

S13：再次以无水乙醇清洗所述待焊件的表面；

S14：将所述待焊件的表面吹干，并在所述待焊件的待焊面涂抹有机物。

可选的，将所述处理后的待焊件与卡具进行装配时，将所述处理后的待焊件放置于所述下板与所述侧板形成的空腔内后，还包括：

将卡具的压板放置于所述处理后的待焊件的上部。

可选的，所述并在所述待焊件的待焊面涂抹有机物包括：并在所述待焊件的待焊面涂抹松油醇或乙二醇。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1，本发明提供的铝合金扩散焊接装置，通过设计与待焊件的规模相匹配的卡具，并将铝合金待焊件与卡具进行装配，然后将制得的装配好的卡具工装在真空炉内进行扩散焊接，即可实现大规模铝合金材料的扩散焊接，从而摆脱扩散焊接对扩散炉的依赖。

2，本发明提供的铝合金扩散焊接装置，通过将线膨胀系数小于铝合金的材质作为卡具，在对铝合金待焊件进行扩散焊接时，利用升温过程中卡具与待焊件之间膨胀程度的不同产生的附加压力，增大扩散焊接的压力，从而进一步提高了焊头之间的连接强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明卡具与待焊件的装配的简图一；

图2是本发明卡具与待焊件的装配的简图二。

图中数字表示：

1-上板；2-下板；3-侧板；4-压板；5-待焊件。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

为解决目前无法对较大尺寸的铝合金材料进行扩散焊接的问题，本实施例提供一种铝合金扩散焊接装置，通过该铝合金扩散装置，来实现对大尺寸的铝合金材料进行扩散焊接。

本实施例提供一种铝合金扩散焊接装置，该铝合金扩散焊接装置包括卡具，参见图1所示，该卡具包括上板1、下板2和至少两块侧板3；其中上板1、下板2、侧板3均为具有一定厚度的板状结构，上板1、下板2、侧板3的尺寸根据待焊件5的尺寸而定；卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数。

使用该铝合金扩散焊接装置时，通过紧固件分别将下板2与侧板3的下端相连，将上板1与侧板3的上端相连；相邻侧板3之间留有孔隙，该孔隙的大小由待焊件5的尺寸而定；上板1、下板2与相邻的侧板3形成一个空腔，将两个待焊件5放置于上板1、下板2以及侧板3所形成的空腔内，得到装配好的卡具工装。本实施例中提到的“上”、“下”均为针对铝合金扩散焊接装置处于工作状态时卡具的状态而言。将装配好的卡具工装放入真空炉内，在真空炉内进行扩散焊接。

由于大规模的真空炉制作难度较小，设备规模充足，通过制作与铝合金待焊件5规模相匹配的卡具，并将铝合金待焊件5与卡具进行装配，然后将制得的装配好的卡具工装在真空炉内进行扩散焊接，即可实现大规模铝合金材料的扩散焊接，从而摆脱扩散焊接对扩散炉的依赖。

为便于将上板1与侧板3以及下板2与侧板3进行连接，根据待焊件5的尺寸，在上板1、下板2的四周及中心处均设置限位螺孔；在侧板3的上端设置有适于与上板1上的限位螺孔配合以将上板1与侧板3进行连接的限位螺孔；同样，侧板3的下端设置有适于与下板2上的限位螺孔配合以将下板2与侧板3进行连接的限位螺孔。

将待焊件5与卡具进行装配时，首先将下板2与侧板3的下端通过紧固件相连，此时下板2与侧板3共同构成一个以下板2为底板，以侧板3为侧框的结构，将两个待焊件5放置于该结构内，然后进一步将上板1放置于待焊件5上，通过紧固件将上板1与侧板3相连，完成待焊件5与卡具的初步装配。

本实施例中的侧板3，一方面用于与上板1与下板2相连，与上板1以及下板2共同构成放置待焊件5的空间；另一方面，由于在扩散焊接过程中，卡具上板1与下板2之间的间距已固定，如果膨胀压力过大，待焊件5发生塑性形变，出现面积变大，厚度变薄的情况，会降低两个待焊件5之间的焊接压力，导致待焊件5发生严重塑性变形而失效；在卡具中设计侧板3，如果出现膨胀压力过大的情况，侧板3会对发生塑性形变的待焊件起到一定的限制、调节作用，避免在进行扩散焊接时待焊件5发生严重塑性变形而导致扩散焊接失效，降低采用此卡具进行扩散焊接时铝合金的形变量。

上板1上除设置有限位螺孔外，还设置有预紧螺孔，用于在将待焊件5与卡具进行装配时提供预紧力。为使提供的预紧力均匀，上板1上的预紧螺孔以待焊件5为中心对称分布。此外，由于扩散焊接的压力为等静压，在整个焊接过程中外界施加于待焊件5上的压力恒定不变，由于铝合金材质较软，如果扩散焊接的压力施加不当，待焊件5易发生塑性变形，尤其是在高温条件下更是如此；本实施例中卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数，在对铝合金待焊件5进行扩散焊接时，升温过程中，由于卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数，则待焊件5的厚度膨胀量大于卡具的膨胀量，因此，随着扩散焊接的进行，由于线膨胀系数存在差值，上板1对待焊件5施加逐渐增大的压力，逐渐增大的这一部分力与上板1上的预紧力共同构成扩散焊接的压力，从而进一步提高了焊头之间的连接强度。本实施例优选卡具的材质为石墨或C45钢。

为保证扩散焊接过程中上板1对待焊件5施加的力适于待焊件5进行扩散焊接，侧板3的高度应根据待焊件5的高度而定，即侧板3的高度应高于待焊件5一定的高度；本实施例优选侧板3高于待焊件5的高度8mm。

由于本实施例提供的卡具，上板1与下板2之间通过侧板3相连，而侧板3的高度可以根据待悍件5的高度而定，因此，本实施例提供的卡具可用于与多组待焊件5同时进行扩散焊接，从而提高铝合金扩散焊接装置的工作效率。

使用该卡具对多组待焊件5进行装配时，同一组待焊件5的待悍面相对设置，同时，相邻两组待焊件5之间用隔板隔开，隔板的材质应选为在高温下不与铝合金材质发生反应的材质，本实施例优选隔板为石墨纸。

本实施例提供的铝合金扩散焊接装置，通过设计与待焊件的规模相匹配的卡具，并将铝合金待焊件5与卡具进行装配，然后将制得的装配好的卡具工装在真空炉内进行扩散焊接，即可实现大规模铝合金材料的扩散焊接，从而摆脱扩散焊接对扩散炉的依赖。

本实施例提供的铝合金扩散焊接装置，通过在卡具中设置侧板3，在对铝合金待焊件5进行扩散焊接时，通过侧板3的限制和调节作用，避免在进行扩散焊接时待焊件5发生严重塑性变形而导致扩散焊接失效，降低采用此卡具进行扩散焊接时铝合金的形变量。

本实施例提供的铝合金扩散焊接装置，通过将线膨胀系数小于铝合金的材质作为卡具，在对铝合金待焊件5进行扩散焊接时，利用升温过程中卡具与待焊件5之间膨胀程度的不同产生的附加压力，增大扩散焊接的压力，从而进一步提高了焊头之间的连接强度。

实施例二

在实施例1的基础上，参见图1所示，本实施例提供的铝合金扩散焊接装置中，卡具还包括压板4， 使用铝合金扩散焊接装置时，将压板4放置于待焊件5与上板1之间。

为保证对待焊件5进行扩散焊接时由于线膨胀系数产生的附加压力，需要选用线膨胀系数不小于侧板3的材质作为压板4；如果压板4的线膨胀系数小于侧板的线膨胀系数，进行扩散焊接时，侧板3的膨胀程度会大于压板4的膨胀程度，导致上板1与下板2之间的间距加大，减小上板1对待焊件5施加的附加压力，从而降低焊接面之间的连接强度。为便于卡具的制作，本实施例优选压板4的材质与侧板3的材质相同。

由于本实施例中通过预紧螺孔利用提前预紧的方式来对待焊件5之间的焊接面提供预紧力，预紧螺孔相对于待焊件5来说横截面面积很小，如果穿过预紧螺孔的紧固件直接作用在铝合金待焊件5上，扩散焊接过程中很容易在高温软化下的待焊件5表面形成压痕，造成不良后果；本实施例通过在待焊件5与上板1之间设置压板4，且可设置压板4的表面尺寸与待焊件5的表面尺寸相当，从而使得穿过上板1上的预紧螺孔的预紧紧固件直接作用在压板4而不是待焊件5上，从而避免预紧紧固件在待焊件5的表面产生压痕，同时压板4还可起到均匀分布预紧力的作用，确保待焊件5表面受力均匀。

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例中侧板3的数量为四块，四块侧板3均垂直连接于底板2上，相邻侧板3之间相互垂直，但不连接，即相邻侧板3之间留有孔隙；四块侧板3与底板2之间共同围合成一方形结构，在进行扩散焊接时，四块侧板3共同对发生塑性形变的待焊件5起限制、调节作用，避免在进行扩散焊接时待焊件5发生严重塑性变形而导致扩散焊接失效，降低采用此卡具进行扩散焊接时铝合金的形变量。

参见图2所示，因扩散焊接过程中侧板3也会发生一定的膨胀，为避免因侧板3膨胀引起变形，影响侧板3对待焊件5的限制、调解作用，本实施例中采用多块侧板3来共同围合成与待焊件5的形状相适配的空间，以对限制、调节待焊件5的形变；相邻侧板3之间留有孔隙，孔隙的大小可根据侧板3的膨胀量进行计算，即孔隙的大小理论上应等于相邻两块侧板3的膨胀量之和；侧板3的数量根据待焊件5的大小而定。

将卡具设计为多块侧板3共同围合成适于对待焊件5进行扩散焊接的形状，一方面有利于减少侧板3的用量，降低成本；另一方面，采用多块侧板3分别于底板2进行连接，有利于降低卡具的装配难度，提高工作效率。

实施例4

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种铝合金扩散焊接方法，包括如下步骤：

S1：对待焊件5的表面进行化学处理，得到处理后的待焊件5；

S2：将处理后的待焊件5与卡具进行装配，具体包括：

S21:将卡具的下板2与侧板3的下端相连；

S22：将处理后的待焊件5放置于下板2与侧板3形成的空腔内；

S23：将卡具的上板1与侧板3的上端相连，得到装配好的卡具工装；

S3：将装配好的卡具工装放置于真空炉内进行扩散焊接。

本实施例提供的铝合金扩散焊接方法主要包括三部分内容，即对待焊件5的表面进行化学处理，以除去待焊件5表面的氧化膜；将经化学处理的待焊件5与卡具进行装配，得到装配好的卡具工装；将装配好的卡具工装放入真空炉内进行扩散焊接。

具体的，对待焊件5的表面进行化学处理包括如下步骤：

S11：依次用丙酮、氢氧化钠溶液、无水乙醇、硝酸溶液清洗待焊件5的表面；

S12：去除待焊件5表面的反应生成物并出光；

S13：再次以无水乙醇清洗待焊件5的表面；

S14：将待焊件5的表面吹干，并在待焊件5的待焊面涂抹有机物。

对待焊件5的表面进行化学处理时，先通过丙酮清洗除去待焊件5表面的油污，再用配置好的一定浓度的氢氧化钠溶液擦拭待焊件5的表面，然后用无水乙醇清洗待焊件5表面，去除多余的碱液，再以一定浓度的硝酸溶液擦拭待焊件5的表面，中和碱液，去除反应的生成物，并进行出光处理，抑制待焊件5表面生成氧化膜的速率；再次以无水乙醇清洗多余的酸液，将待焊件5的表面吹干，并在待焊件5的表面涂抹有机物，以阻止待焊件5表面氧化膜的生成。

本实施例在待焊件5表面涂抹用于阻止氧化膜生成的有机物可为一切能够阻隔待焊件5与氧气相接触的有机物，本实施例优选该有机物为松油醇或乙二醇。

将化学处理后的待焊件与卡具进行装配具体包括：先用紧固件将下板2与侧板3相连，再依次以待悍面相对设置的一组待焊件5、上板1的顺序由下至上放置于由下板2与侧板3形成的空腔内，再将装配好的卡具放置于压力机上，根据待焊件5的尺寸对上板1施加一定的力，用紧固件穿进上板1与侧板3的限位螺孔中并旋紧；卸载压力机并由上板预紧螺孔通过预紧紧固件施加预紧力，预紧力的大小由中心向外逐步降低，得到装配好的卡具工装。为避免扩散焊接过程中铝合金待焊件与下板发生反应，还可以在下板2与待焊件5之间设置石墨纸。

进一步将装配好的卡具工装放置于真空炉内进行扩散焊接，具体扩散焊接过程为：升温至300℃-350℃后保温30-50分钟，继续升温至550℃-580℃，保温2-6小时，降温至300℃-400℃以下后随炉冷却，待冷却后拆卸工装取出，得到扩散焊接件。

本实施例中卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数，在对铝合金待焊件5进行扩散焊接时，升温过程中，由于卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数，则待焊件5的厚度膨胀量大于卡具的膨胀量，因此，上板1对待焊件5施加的力增大，增大的这一部分力与上板1上的预紧力共同构成扩散焊接的压力，从而进一步提高了焊头之间的连接强度。本实施例优选卡具的材质为石墨或C45钢。

为使得对卡具进行装配过程中，穿过上板1上的预紧螺孔的预紧紧固件直接作用在压板4而不是待焊件5上，从而避免预紧紧固件在待焊件5的表面产生压痕，同时确保待焊件5表面受力均匀，本实施例提供的铝合金扩散焊接方法，将处理后的待焊件5与卡具进行装配时，将处理后的待焊件5放置于下板2与侧板3形成的空腔内后，还包括：

将卡具的压板4放置于处理后的待焊件5的上部。

为保证对待焊件5进行扩散焊接时由于线膨胀系数产生的附加压力，需要选用线膨胀系数不小于侧板3的材质作为压板4；如果压板4的线膨胀系数小于侧板的线膨胀系数，进行扩散焊接时，侧板3的膨胀程度会大于压板4的膨胀程度，导致上板1与下板2之间的间距加大，减小上板1对待焊件5施加的附加压力，从而降低焊接面之间的连接强度。为便于卡具的制作，本实施例优选压板4的材质与侧板3的材质相同。

本实施例提供的铝合金扩散焊接方法，通过设计与待焊件的规模相匹配的卡具，并将铝合金待焊件与卡具进行装配，然后将制得的装配好的卡具工装在真空炉内进行扩散焊接，即可实现大规模铝合金材料的扩散焊接，从而摆脱扩散焊接对扩散炉的依赖。

实施例五

在实施例四的基础上，本实施例提供一种对尺寸为284×384×31mm的两块铝合金待焊件进行扩散焊接的方法，具体包括如下步骤：

S1：对待焊件的表面进行化学处理，得到处理后的待焊件，具体包括：

S11：依次用丙酮、浓度为10wt.%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、浓度为20vol.%硝酸溶液清洗待焊件5的表面，其中浓度为10wt.%的氢氧化钠溶液清洗时间为15分钟，浓度为20vol.%硝酸溶液清洗时间为3分钟；

S12：去除待焊件表面的反应生成物并出光；

S13：再次以无水乙醇清洗待焊件的表面；

S14：将待焊件的表面吹干，并在待焊件的待焊面涂抹松油醇。

S2：将处理后的待焊件与卡具进行装配，具体包括：

S21:将卡具的下板与侧板的下端相连；

S22：由下至上依次将石墨纸、处理后的一组待焊件、压板、上板放置于下板与侧板形成的空腔内；

S23：将卡具放置于压力机上，压力机对上板施加2.75N/mm²的力，将紧固件穿进限位螺孔并旋紧，卸载压力机，并由上板预紧螺孔通过预紧紧固件施加预紧力，预紧力的大小为从1200N由中心向外以200N/圈降低的方式设置，得到装配好的卡具工装；

S3：将装配好的卡具工装放置于真空炉内，升温至300℃后保温30min，之后升温至550℃，并保温2h，降温至300℃以下后随炉冷却，得到扩散焊接件。

本实施例中卡具的材质为C45钢；卡具的上板、下板厚度均为60mm，上板、下板的长和宽分别相较于待焊件对应的尺寸增加120mm,卡具各面加工平面度<0.1mm。上板、下板的限位螺孔在卡具边界以内25mm距离处布置，且在上板、下板的拐角处设置限位螺孔，其他限位螺孔以拐角螺孔为基准，孔间距不大于130mm，并以待焊件为中心对称分布。上板预紧螺孔在待焊件位置边界以内12mm处布置，且在待焊件的拐角处设置预紧螺纹孔，其他预紧螺孔以拐角预紧螺孔为基准，间距不大于170mm，并以待焊件为中心对称分布。侧板长、宽均为50mm，侧板以待焊件高度加8mm为高，在侧板中心处沿与下板垂直的方向设置螺孔，个数与限位螺孔数量一致。压板的尺寸为待焊件的尺寸加3mm，压板的厚度为10mm。

本实施例提供的铝合金扩散焊接方法，由于采用工装限位和紧固件对卡具实施自加压，加压方式更为柔和，待焊件表面受力更为均匀，能够达到良好的扩散焊接效果，实现了铝合金的致密扩散连接。对本实施例得到的扩散焊接件进行检测，焊合率超声检测结果为100%，水压测试结果为5MPa/30min，平整度测试结果为<0.7mm，形变量测试为0.8%。本实施例提供的铝合金扩散焊接方法实现了对铝合金的高质量低形变致密连接。

实施例六

在实施例四的基础上，本实施例提供一种对尺寸为384×484×31mm的两块铝合金待焊件进行扩散焊接的方法，具体包括如下步骤：

S1：对待焊件的表面进行化学处理，得到处理后的待焊件，具体包括：

S11：依次用丙酮、浓度为15wt.%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、浓度为25vol.%硝酸溶液清洗待焊件5的表面，其中浓度为15wt.%的氢氧化钠溶液清洗时间为10分钟，浓度为25vol.%硝酸溶液清洗时间为1分钟；

S12：去除待焊件表面的反应生成物并出光；

S13：再次以无水乙醇清洗待焊件的表面；

S14：将待焊件的表面吹干，并在待焊件的待焊面涂抹乙二醇；

S2：将处理后的待焊件与卡具进行装配，具体包括：

S21:将卡具的下板与侧板的下端相连；

S22：由下至上依次将石墨纸、处理后的一组待焊件、压板、上板放置于下板与侧板形成的空腔内；

S23：将卡具放置于压力机上，压力机对上板施加3N/mm2的力，将紧固件穿进限位螺孔并旋紧，卸载压力机，并由上板预紧螺孔通过预紧紧固件施加预紧力，预紧力的大小为从1200N由中心向外以200N/圈降低的方式设置，得到装配好的卡具工装；

S3：将装配好的卡具工装放置于真空炉内，升温至320℃后保温40min，之后升温至570℃，并保温4h，降温至350℃以下后随炉冷却，得到扩散焊接件。

本实施例中卡具的材质为石墨；卡具的上板、下板厚度均为60mm，上板、下板的长和宽分别相较于待焊件对应的尺寸增加120mm,卡具各面加工平面度<0.1mm。上板、下板的限位螺孔在卡具边界以内25mm距离处布置，且在上板、下板的拐角处设置限位螺孔，其他限位螺孔以拐角螺孔为基准，孔间距不大于130mm，并以待焊件为中心对称分布。上板预紧螺孔在待焊件位置边界以内12mm处布置，且在待焊件的拐角处设置预紧螺纹孔，其他预紧螺孔以拐角预紧螺孔为基准，间距不大于170mm，并以待焊件为中心对称分布。侧板长、宽均为50mm，侧板以待焊件高度加8mm为高，在侧板中心处沿与下板垂直的方向设置螺孔，个数与限位螺孔数量一致。压板的尺寸为待焊件的尺寸加3mm，压板的厚度为10mm。

对本实施例得到的扩散焊接件进行检测，焊合率超声检测结果为100%，水压测试结果为5.5MPa/30min，平整度测试结果为<0.7mm，形变量测试为1.1%。本实施例提供的铝合金扩散焊接方法实现了对铝合金的高质量低形变致密连接。

实施例七

在实施例四的基础上，本实施例提供一种对尺寸为184×284×31mm的两块铝合金待焊件进行扩散焊接的方法，具体包括如下步骤：

S1：对待焊件的表面进行化学处理，得到处理后的待焊件，具体包括：

S11：依次用丙酮、浓度为5wt.%的氢氧化钠溶液、无水乙醇、浓度为15vol.%硝酸溶液清洗待焊件5的表面，其中浓度为5wt.%的氢氧化钠溶液清洗时间为20分钟，浓度为15vol.%硝酸溶液清洗时间为5分钟；

S12：去除待焊件表面的反应生成物并出光；

S13：再次以无水乙醇清洗待焊件的表面；

S14：将待焊件的表面吹干，并在待焊件的待焊面涂抹松油醇；

S2：将处理后的待焊件与卡具进行装配，具体包括：

S21:将卡具的下板与侧板的下端相连；

S22：由下至上依次将石墨纸、处理后的一组待焊件、压板、上板放置于下板与侧板形成的空腔内；

S23：将卡具放置于压力机上，压力机对上板施加3N/mm2的力，将紧固件穿进限位螺孔并旋紧，卸载压力机，并由上板预紧螺孔通过预紧紧固件施加预紧力，预紧力的大小为从1200N由中心向外以200N/圈降低的方式设置，得到装配好的卡具工装；

S3：将装配好的卡具工装放置于真空炉内，升温至350℃后保温50min，之后升温至580℃，并保温6h，降温至400℃以下后随炉冷却，得到扩散焊接件。

本实施例中卡具的材质为C45钢；卡具的上板、下板厚度均为60mm，上板、下板的长和宽分别相较于待焊件对应的尺寸增加120mm,卡具各面加工平面度<0.1mm。上板、下板的限位螺孔在卡具边界以内25mm距离处布置，且在上板、下板的拐角处设置限位螺孔，其他限位螺孔以拐角螺孔为基准，孔间距不大于130mm，并以待焊件为中心对称分布。上板预紧螺孔在待焊件位置边界以内12mm处布置，且在待焊件的拐角处设置预紧螺纹孔，其他预紧螺孔以拐角预紧螺孔为基准，间距不大于170mm，并以待焊件为中心对称分布。侧板长、宽均为50mm，侧板以待焊件高度加8mm为高，在侧板中心处沿与下板垂直的方向设置螺孔，个数与限位螺孔数量一致。压板的尺寸为待焊件的尺寸加3mm，压板的厚度为10mm。

对本实施例得到的扩散焊接件进行检测，焊合率超声检测结果为100%，水压测试结果为5.5MPa/30min，平整度测试结果为<0.7mm，形变量测试为1.0%。本实施例提供的铝合金扩散焊接方法实现了对铝合金的高质量低形变致密连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金扩散焊接装置，其特征在于，包括卡具，所述卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数；

所述卡具包括上板（1）、下板（2）和至少两块侧板（3）；

使用所述铝合金扩散焊接装置时，分别将所述下板（2）与所述侧板（3）的下端通过紧固件相连，将所述上板（1）与所述侧板（3）的上端通过紧固件相连，相邻所述侧板（3）之间设置有孔隙，所述上板上设置有预紧螺孔，用于在将待焊件（5）与所述卡具进行装配时提供预紧力，所述上板（1）、所述下板（2）以及相邻所述侧板（3）围合形成空腔；将待焊件（5）放置于所述空腔内进行扩散焊接；

在对所述待焊件（5）进行扩散焊接时，升温过程中，由于所述卡具的线膨胀系数小于铝合金的线膨胀系数，所述待焊件（5）的厚度膨胀量大于所述卡具的膨胀量，随着扩散焊接地进行，所述上板（1）对所述待焊件（5）施加逐渐增大的压力，逐渐增大的这一部分力与所述上板（1）上的预紧力共同构成扩散焊接的压力。

2.如权利要求1所述的铝合金扩散焊接装置，其特征在于，所述上板（1）上设置有多个预紧螺孔，多个所述预紧螺孔以所述待焊件（5）为中心对称分布。

3.如权利要求2所述的铝合金扩散焊接装置，其特征在于，所述卡具还包括压板（4），使用所述铝合金扩散焊接装置时，将所述压板（4）放置于所述待焊件（5）与所述上板（1）之间。

4.如权利要求1所述的铝合金扩散焊接装置，其特征在于，所述侧板（3）的数量为四块。

5.如权利要求1-4任一项所述的铝合金扩散焊接装置，其特征在于，所述卡具的材质为石墨或C45钢。

6.一种铝合金扩散焊接方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述的铝合金扩散焊接装置进行扩散焊接，所述铝合金扩散焊接方法包括如下步骤：

S1：对待焊件（5）的表面进行化学处理除去氧化膜，得到处理后的待焊件（5）；

S2：将所述处理后的待焊件（5）与卡具进行装配，具体包括：

S21:将卡具的下板（2）与侧板（3）的下端相连；

S22：将所述处理后的待焊件（5）放置于所述下板（2）与所述侧板（3）形成的空腔内；

S23：将所述卡具的上板（1）与所述侧板（3）的上端相连，对所述卡具的上板（1）施加预紧力，得到装配好的卡具工装；

S3：将所述装配好的卡具工装放置于真空炉内进行扩散焊接。

7.如权利要求6所述的铝合金扩散焊接方法，其特征在于，所述预紧力的大小由所述待焊件（5）的中心向外逐步降低。

8.如权利要求6所述的铝合金扩散焊接方法，其特征在于，将所述处理后的待焊件（5）与卡具进行装配时，将所述处理后的待焊件（5）放置于所述下板（2）与所述侧板（3）形成的空腔内后，还包括：

将卡具的压板（4）放置于所述处理后的待焊件（5）与所述上板（1）之间。

9.如权利要求8所述的铝合金扩散焊接方法，其特征在于，所述对待焊件（5）的表面进行化学处理除去氧化膜包括：

S11：依次用丙酮、氢氧化钠溶液、无水乙醇、硝酸溶液清洗所述待焊件（5）的表面；

S12：去除所述待焊件（5）表面的反应生成物并出光；

S13：再次以无水乙醇清洗所述待焊件（5）的表面；

S14：将所述待焊件（5）的表面吹干，并在所述待焊件（5）的待焊面涂抹有机物。

10.如权利要求9所述的铝合金扩散焊接方法，其特征在于，所述并在所述待焊件（5）的待焊面涂抹有机物包括：并在所述待焊件（5）的待焊面涂抹松油醇或乙二醇。

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