一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法
【专利摘要】一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，属于焊接【技术领域】，其特征在于本发明方法所需钎料为Sn-Pb-Zn-Ag-Cu钎料，该钎料的化学成分按重量百分比为SnPb共晶合金90～92％、AgCu共晶合金1.5～2％、Zn元素6～10％，余量为Bi。其过程包括打磨、清洗、定位、采用夹具固定铝合金、超声辅助镀覆、冷却、半固态施压钎焊步骤。本发明的钎焊方法的钎焊接头剪切强度最小可达101MPa。本发明的钎焊方法特别适合大面积铝合金的钎焊，工艺简单，保证良好的钎焊工艺性和接头力学性能的，是一种具有良好的应用前景且简单实用的铝用低温钎焊技术方案。
【专利说明】一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，属于焊接【技术领域】，具体涉及一种铝合金超声半固态涂覆钎焊的技术方案。
【背景技术】
[0002]铝合金具有重量轻、耐腐蚀性好和导热导电性能良好等特性。在航空、航天、电子、汽车、建材等军用和民用工业领域的应用越来越广泛。但是，由于铝合金表面容易生成致密氧化层，钎料难以润湿铝合金表面，所以铝合金的钎焊还局限于纯铝及6063等个别牌号上，大量的强度级别较高的铝合金还是无法进行钎焊。另一方面，由于产品轻量化和美观的需求，对铝合金进行钎焊的需求越来越迫切，仅仅纯铝及6063等级别铝合金的钎焊已经不能满足对结构强度、刚度和美观的技术要求，因此研究开发适合铝合金钎焊的焊接方法是解决铝合金构件制造需解决的关键技术之一。
[0003]就目前来说，铝合金钎焊方法主要有以下几种，(I)硬钎焊法，硬钎焊法是利用450度以上钎料钎焊铝合金。该种方法因为温度长时间在450度以上，铝合金母材会软化。(2)软钎焊法，硬钎焊法是利用450度以下钎料钎焊铝合金。该种方法因为焊接强度较低，不适合大规模推广。(3)激光辅助钎焊法，该方法是在现有钎焊方法的基础上辅助上激光热源，提高钎料润湿性，从而提高润湿效果，但该方法设备昂贵。(4)超声辅助钎焊法，该方法是在现有钎焊方法的基础上辅助上超声振动，提高钎料润湿性，从而提高润湿效果。根据超声是否与钎料直接接触，该方法有超声浸焊法和超声辅助振动钎焊法。铝合金的焊接面积主要是由超声设备的容积决定的，该方法主要不能焊接大面积的铝合金，且所连接强度不高，一般为30MPa左右。因此，研发一种具有优良工艺性和接头力学性能的铝合金钎焊方法是铝及铝合金连接材料领域亟待解决的技术问题。
[0004]经对现有技术的文献检索发现，赵振清、王春青、杜淼和黄毅等在《焊接学报》2005年第7期上发表的《LD31铝合金电刷镀SnPb钎料合金软钎焊》，该文中提出采用在LD31表面电刷镍阻挡层、铜改性层，将LD31铝合金的连接转化为铜的连接，在镀铜层的表面电刷镀SnPb钎料直接进行钎焊，该研究实现了铝合金的低温软钎焊，接头的抗剪强度可达20MPa。其不足在于:在钎焊铝合金以前需要进行两次电镀工艺，工艺过程比较繁琐。文章dingmin在《Materials Science and Technology》上发表的《Joining of 6061 aluminiumultrasonic soldered of Sn - Pb - Zn alloys》,该文章提出采用超声辅助浸焊法焊接招合金，最大强度是54.36MPa。其不足在于:需要工件全部浸入，钎料较为浪费，且强度稍低。专利CN101284323B公开的《钛合金与铝合金或铝基复合材料超声预涂覆钎焊方法》，提出铝合金或铝基复合材料超声预涂覆钎焊方法，工艺较复杂，且温度较高，需要分别对钛合金板和铝合金或铝基复合材料板上涂覆的钎料层进行打磨，打磨后的钎料层厚度均匀、平滑，对预覆的钎料厚度要求严格，且钎焊前涂层需要冷却到室温。
【发明内容】
[0005]本发明一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法技术方案的目的在于:为了解决上述现有技术中工艺性不足和亟待解决的问题，从而提供一种保证良好的钎焊工艺性和接头力学性能的，简单实用的铝合金超声半固态涂覆钎焊技术方案。
[0006]本发明一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，其特征在于是一种保证良好的钎焊工艺性和接头力学性能的，简单实用的铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，其具体的工艺方法步骤为:
1)首先对本发明所采用的欲要进行钎焊的6061铝合金进行打磨，然后进行清洗，露出金属光泽，其打磨时间为:30-60s其清洗时间为:30-60s ；
2)采用常规夹具固定经I)处理的欲要进行钎焊的6061铝合金进行定位；
3)在空气中将所需化学成分按重量百分比为SnPb共晶合金90?92%、AgCu共晶合金
1.5?2%、Zn元素6?10%，余量为Bi的Sn-Pb-Zn-Ag-Cu钎料熔化，且升温至270_300°C备用;
4)超声辅助镀覆:开启超声，能量为300-900W，同时在2)所定位的铝合金表面镀覆3)所备用钎料，其钎焊表面镀覆时间为30-60S ；
5)将4)镀覆好的铝合金冷却至180-210°C后，使其呈半固态的状态，接着在半固态下施加压力0.1-0.5MPa，施压时间为10-15S，完成钎焊。
[0007]本发明一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，其优点在于:采用本发明的钎焊方法的钎焊接头剪切强度最小可达lOlMPa。本发明的钎焊方法特别适合大面积铝合金的钎焊，工艺简单，强度高，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1本发明方法所制备接头的典型宏观金相图
【具体实施方式】
[0009]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0010]本发明采用的钎料为Sn-Pb-Zn-Ag-Cu钎料，该钎料的化学成分按重量百分比为SnPb共晶合金90?92%、AgCu共晶合金1.5?2%、Zn元素6?10%，余量为Bi。
[0011]本发明实施例中采用的铝合金为6061铝合金。
[0012]实施方式1:
打磨待钎焊铝合金表面时间为30s，清洗30s，露出金属光泽。在空气中将钎料熔化且升温至280°C，开启超声，能量为600W，钎焊表面镀覆时间为40S。将镀覆好的铝合金冷却至200°C后，施加压力0.3MPa，施压时间为10S。
[0013]通过试验在室温下进行剪切强度测试，测试结果剪切强度为lOlMPa。
[0014]实施方式2:
打磨待钎焊铝合金表面时间为45s，清洗45s，露出金属光泽。在空气中将钎料熔化且升温至270°C，开启超声，能量为300W，钎焊表面镀覆时间为30S。将镀覆好的铝合金冷却至180°C后，施加压力0.1MPa，施压时间为10S。
[0015]通过试验在室温下进行剪切强度测试，测试结果剪切强度为105MPa。
[0016]实施方式3:
打磨待钎焊铝合金表面时间为45s，清洗60s，露出金属光泽。在空气中将钎料熔化且升温至300°C，开启超声，能量为900W，钎焊表面镀覆时间为60S。将镀覆好的铝合金冷却至210°C后，施加压力0.5MPa，施压时间为15S。
[0017]通过试验在室温下进行剪切强度测试，测试结果剪切强度为109MPa。
【权利要求】
1.一种铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，其特征在于是一种保证良好的钎焊工艺性和接头力学性能的，简单实用的铝用低温钎焊铝合金超声半固态涂覆钎焊方法，其具体的工艺方法步骤为: O首先对本发明所采用的欲要进行钎焊的6061铝合金进行打磨，然后进行清洗，露出金属光泽，其打磨时间为:30-60s其清洗时间为:30-60s ； 2)采用常规夹具固定经I)处理的欲要进行钎焊的6061铝合金进行定位； 3)在空气中将所需化学成分按重量百分比为SnPb共晶合金90?92%、AgCu共晶合金1.5?2%、Zn元素6?10%，余量为Bi的Sn-Pb-Zn-Ag-Cu钎料熔化，且升温至270_300°C备用; 4)超声辅助镀覆:开启超声，能量为300-900W，同时在2)所定位的铝合金表面镀覆3)所备用钎料，其钎焊表面镀覆时间为30-60S ； 5)将4)镀覆好的铝合金冷却至180-210°C后，使其呈半固态的状态，接着在半固态下施加压力0.1-0.5MPa，施压时间为10-15S，完成钎焊。
【文档编号】B23K1/20GK104400170SQ201410591200
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】丁敏, 于鑫业, 邢文清, 王文先 申请人:太原理工大学