专利名称：一种铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺及其夹具的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态焊接技术领域，具体涉及一种铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺及其夹具。
背景技术：
目前，由于铝合金与纯铜或铝合金与不锈钢等异种金属在焊接时由于铝表面的氧化膜在表面处理过程中不易彻底清除，影响扩散焊的进行，所以铝合金与纯铜或者铝合金与不锈钢的焊接，较铝与铝或者铜与铜的焊接难度更大。铜与铝在物理性能方面存在较大差异，特别是熔点相差，线膨胀系数相差40%以上；而且铝遇氧容易形成Al2O3氧化膜，熔点高达2050°C。经过表面处理的铝合金，即使很快进行焊接，在操作的过程中也难免再生氧化膜，这层氧化膜将严重的妨碍扩散焊接的进行。一般要实现铜与铝合金的固态焊接，会采用真空扩散焊的方法。真空扩散焊焊前焊件表面必须严格的进行精细加工、磨平、再抛光和清洗去油、去除表面的氧化膜，表面处理之后在待焊接表面涂一层去除氧化膜的试剂；把工件待焊面面对面叠放在一起放入真空炉里，抽真空、升温保温加压。在抽真空的过程中，涂在表面的试剂将带着氧化膜一起被抽出去，扩散焊接在真空加热加压环境下进行，这样才能满足扩散焊的两个条件a、待焊接表面达到接近相互原子间的引力作用范围；b、原子相互扩散，形成冶金链结合。整个焊接过程需要在专用的真空扩散焊炉里进行，焊接之前需要花费半个小时左右抽真空，然后加热升温保温，保温过程中需要等温加压，保温保压扩散焊达到所需时间后才能取出焊件。做一次真空扩散焊接所需的时间很长，而且一次只能焊接一个工件，工件尺寸及其形状还受真空扩散焊炉空间及其机器压力的限制，焊接效率低，成本高，难以满足企业大批量生产的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用普通液压机和普通箱式电加热炉及夹具，在非真空的条件下进行铝或铝合金与异种金属压接扩散焊的工艺，同时使形体尺寸厚大的工件不受现有真空扩散焊接工艺的限制。为实现上述发明目的，本发明创造采用如下技术方案本发明的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，包括将经过前期处理的铝或铝合金与异种金属预焊接件的预焊面面对面重叠放入夹具的上压板和下垫板之间的步骤；将夹具及待焊接件进行冷压的步骤，压力达到较软金属的屈服极限为标准；紧固上压板和下垫板间的螺钉的步骤，以紧固强度达到较软金属屈服极限的70% 90%为标准；
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将经过冷压后的夹具及待焊接件放入箱式炉加热保温初步完成扩散焊的步骤，温度为470 510°C，时间为1. 5 2. 5小时；将加热过的夹具及焊接件整体取出在压力机上加压的步骤，加压程度以待焊部位产生30%以上镦粗变形为标准；再次紧固夹具螺钉的步骤；将热压完成后的夹具及初步焊接件再次保温扩散焊的步骤，要求温度470 510°C，保温 1 2. 5h ；将扩散焊完成后的夹具及焊接件空冷的步骤。为更好的实施本发明创造，预焊接件的前期处理包括将预焊接件加工成所需要的尺寸，并保证预焊接件预焊表面的平整度；以及对预焊接件的去油去脂去氧化膜的步骤。为更好的实施本发明创造，还包括在冷压前在预焊接件的结合面四周涂抹防氧化保护膜的步骤。为更好的实施本发明创造，在预焊接件铝或铝合金非焊接端加防止铝过量变形的护套。为更好的实施本发明创造，要求焊接件热压时从取出到加压过程时间不得超过20秒。为更好的实施本发明创造，所述焊接件异种金属的预焊面表面为平面、锥面或者环形面。一种铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊夹具，包括上压板、下垫板，及固联两者的螺钉。为更好的实施本发明创造，所述下垫板和上压板形状、大小及厚度一致。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果1、本发明能够利用普通压力机和普通箱式电加热炉焊接较大截面、大厚度的异种金属，以类似真空扩散焊的工艺原理，克服了真空扩散焊焊接周期长，成本高，技术难度高， 对普通工业和民用产品不经济的缺点。2、采用压接扩散焊连接的铜铝接头导电性能良好，强度能满足使用要求；采用压接扩散焊连接的铝合金与不锈钢接头焊接面的强度超过了铝合金的抗拉强度。3、本发明在非真空环境下解决了异种金属的平面、锥面及圆环形面的焊接方法、 一次可以实现多件焊接。4、压接扩散焊夹具能够重复使用。
图1是预焊接件置于本发明铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊夹具中的示意图。图2是本发明工艺流程框图。图中1、螺钉；2、上压板；3、不锈钢；4、铝合金；5、护套；6、下垫板。
具体实施例方式以下结合附图对本发明创造进一步说明结合图2，本实施例的铝合金与不锈钢的压接扩散焊工艺，具体包括以下步骤
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a、机加工用车床将铝合金和不锈钢加工成所需的尺寸，使铝合金和不锈钢的预焊表面越平整越好；b、表面处理用金相砂纸打磨铝合金和不锈钢的预焊表面、使待焊接表面尽可能光洁；丙酮洗去铝合金和不锈钢的油脂、清水冲洗、在蒸馏水中浸泡15 20分钟，使待焊表面尽可能清洁；C、冷压结合图1，将铝合金和不锈钢预焊面面对面叠在一起放到夹具的上压板2 和下垫板6之间；为使下一步热压变形集中在待焊表面上，特采用在铝合金非焊接面端加护套5的方法控制变形；同时在铝合金和不锈钢预焊面四周涂抹氧化铝涂剂以阻止空气侵入；将置于夹具上压板和下垫板之间的预焊接件置于液压机上冷压，使待焊接面间空气排出，使铝合金和不锈钢预焊面表面微观凸起部位发生塑性变形撕裂氧化膜，达到金属基体互相咬合的目的；冷压时以待焊较软金属试样产生屈服极限70% -90%为标准；冷压后拧紧夹具上的螺钉1紧固上压板和下垫板以保持压力；d、热扩散焊将上述压紧防护好的待焊件及夹具整体放入箱式电炉里升温加热保温，取其中金属熔点较低的待焊件固溶温度进行扩散焊接，例如2A12铝材的热压接温度选取495°C，保温时间30分钟左右；e、热压在上述扩散焊完成后取出夹具整体在液压机上热压一次，要求热压时从取出到加压过程时间不得超过20秒；使待焊接部位裸眼可见30%以上墩粗变形为标准；目标使待焊表面之间发生充分的变形，以撕裂氧化膜，促使焊接面两钟金属原子咬合、增大接触面比压使之出现新生表面，实现在压力下的扩散焊；f、再扩散焊热压完成后再次放入495°C加热炉中进行保温扩散焊、保温1 2. 以加强扩散焊效果；g、扩散焊完成后从箱式炉夹具及取出焊合金属件空冷，整个压接扩散焊工艺流程结束。其中，夹具的上压板2设置根据装夹焊接件大小及数量的多少而定，其形状通常设计成圆形、也可以设计成正方形、或者矩形，只要厚度足能承受扩散焊所需的压力并不变形即可。下垫板6设置和上压板形状大小厚度一致，除螺钉孔的螺纹丝制作在下垫板上外、其位置形状完全和上压板对称设计。
权利要求
1.一种铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，其特征是包括将经过前期处理的铝或铝合金与异种金属预焊接件的预焊面面对面重叠放入夹具的上压板和下垫板之间的步骤；将夹具及待焊接件进行冷压的步骤，压力达到较软金属的屈服极限为标准；紧固上压板和下垫板间的螺钉的步骤，以紧固强度达到较软金属屈服极限的70% 90%为标准；将经过冷压后的夹具及待焊接件放入箱式炉加热保温初步完成扩散焊的步骤，温度为 470 510°C，时间为1. 5 2. 5小时；将加热过的夹具及焊接件整体取出在压力机上加压的步骤，加压程度以待焊部位产生 30%以上镦粗变形为标准；再次紧固夹具螺钉的步骤；将热压完成后的夹具及初步焊接件再次保温扩散焊的步骤，要求温度470 510°C，保温1 2. 5h ；将扩散焊完成后的夹具及焊接件空冷的步骤。
2.根据权利要求1所述的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，其特征是预焊接件的前期处理包括将预焊接件加工成所需要的尺寸，并保证预焊接件预焊表面的平整度；以及对预焊接件的去油去脂去氧化膜的步骤。
3.根据权利要求1所述的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，其特征是还包括在冷压前在预焊接件的结合面四周涂抹防氧化保护膜的步骤。
4.根据权利要求1所述的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，其特征是还包括在冷压前在预焊接件铝或铝合金非焊接端加防止铝过量变形的护套。
5.根据权利要求1所述的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，其特征是要求焊接件热压时从取出到加压过程时间不得超过20秒。
6.根据权利要求1所述的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺，其特征是所述焊接件异种金属的预焊面表面为平面、锥面或者环形面。
7.—种铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊夹具，其特征是包括上压板、下垫板，及固联两者的螺钉。
8.根据权利要求7所述的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊夹具，其特征是所述下垫板和上压板形状、大小及厚度一致。
全文摘要
本发明公开的铝或铝合金与异种金属的压接扩散焊工艺及其夹具，涉及固态焊接技术领域，其中工艺包括预焊表面的表面处理，将待焊接件的预焊面面对面叠在一起放到夹具的上压板和下垫板之间，冷压的步骤，以及将压紧防护好的待焊件及夹具整体放入箱式电炉里升温加热保温预焊的步骤，将扩散焊完成后取出夹具整体在液压机上热压一次的步骤，再扩散焊的步骤；本发明提供了一种利用普通液压机和普通箱式电加热炉及夹具，在非真空的条件下进行铝或铝合金与异种金属压接扩散焊的工艺，同时使形体尺寸厚大的工件不受现有真空扩散焊接工艺的限制。
文档编号B23K20/24GK102328153SQ20111025660
公开日2012年1月25日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者辛选荣 申请人:河南科技大学