一种复杂截面铝型材火焰钎焊的加热装置及方法与流程

本发明属于先进制造技术领域的先进成型与工艺技术，涉及一种铝钎焊的加热技术。

背景技术：

铝合金不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性，因此成为在航天工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，但设备相对复杂，且对焊工的技术要求比较严格。钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小、尺寸精度高等优点，近年来得到了很广泛的应用。

对于铝型材门窗的焊接，钎焊是一种合宜的选择。由于产品的尺寸较大，炉中钎焊、真空钎焊等使用钎焊炉具的钎焊方法都难以使用，而设备简单、操作方便的火焰钎焊作为一种重要的焊接方法，利用钎料熔点比母材低的特点，将母材加热到高于钎料熔点20～50℃，这时母材不熔化，借助钎剂去除氧化膜，而熔化的钎料在两母材所需要焊接的缝隙中湿润、漫流，然后与两母材相互溶解、扩散，冷却凝固后将两母材焊为一体。因其焊接过程中母材不熔化，避免了熔焊过程中的晶粒长大、溶蚀等现象，成为铝合金门窗焊接的理想选择。

但是，由于铝及铝合金的表面有一层致密的Al₂O₃氧化膜，这种氧化膜稳定性很高，熔点高达2300℃左右，严重妨碍焊接过程的进行。而铝及其合金的熔点却很低，只有660℃左右，它与表面的Al₂O₃氧化膜相比，一个熔点非常高，一个又非常低，并且熔点高的将熔点低的包在里面，便造成了焊接的困难性。除此之外，铝及其合金在焊接加热过程中，颜色变化不明显，使得焊接操作更加困难。

由于铝合金型材一般都具有较为复杂的截面形式，高低不平，导致给料加热困难，致使不能实施自动焊接，目前基本都采用的是手工钎焊工艺。如何降低铝合金钎焊的操作难度，除了焊接材料的不断改进之外，对于加热方法和设备的改进，使操作人员易于上手，这是目前该技术推广的关键所在。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种复杂截面铝型材火焰钎焊的加热装置，能够有效降低铝合金手工钎焊的操作难度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复杂截面铝型材火焰钎焊的加热装置，包括夹持器、火焰钎焊焊嘴和固定支架；所述的固定支架安装在行走小车上，能够沿工件的焊缝往复运动；两个火焰钎焊焊嘴分别通过夹持器连接固定支架，对称分布在焊缝两侧，所述的火焰钎焊焊嘴与加持器的夹角任意可调。

所述的火焰钎焊焊嘴距离工件表面70～80mm；火焰钎焊焊嘴的火焰喷射到工件表面的位置距离焊缝10～20mm；在同时经过两个火焰钎焊焊嘴且垂直于工件表面的平面上，火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向与工件表面呈45度角，且两个火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向均朝向焊缝；在经过火焰钎焊焊嘴且平行于焊缝的平面上，火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向与工件表面呈45～60度角。

本发明还提供一种复杂截面铝型材火焰钎焊的加热方法，包括以下步骤：

1)对工件进行焊前清洗；

2)采用焊料预置方式对工件进行焊接，焊接时，火焰钎焊焊嘴距离工件表面70～80mm；火焰钎焊焊嘴的火焰喷射到工件表面的位置距离焊缝10～20mm；在同时经过两个火焰钎焊焊嘴且垂直于工件表面的平面上，火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向与工件表面呈45度角，且两个火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向均朝向焊缝；在经过火焰钎焊焊嘴且平行于焊缝的平面上，火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向与工件表面呈45～60度角；火焰钎焊焊嘴在工件表面上以100mm/s的速度沿焊缝往复运动；

3)对工件表面的残渣进行焊后清理。

所述步骤(1)的焊前清洗首先采用丙酮去除工件表面的油污；然后将工件浸入60℃、质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗20s后取出，并用清水冲洗干净；最后将工件浸入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s后取出，用清水冲洗干净，并用压缩空气吹干，备焊。

所述步骤(2)的焊接时间为30～60S，往复运动的距离为50～100mm，焊接至钎剂的状态从乳白色胶状态变化为灰色液体。

所述步骤(3)的焊后清理首先将工件表面残渣用毛刷清理干净；然后将工件放入质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗10～20s，再用清水冲洗干净；最后将工件放入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s，用清水冲洗干净并用压缩空气吹干。

本发明的有益效果是：在焊接过程中，通过设置焊枪的俯仰，保证了火焰不会直吹焊缝将焊料吹走；采用侧向双枪加热，有效提高了加热效率；而采用往复运动的方式加热焊缝区域，又可以保证铝合金型材均匀达到钎焊温度而不易被烧熔。所以，钎焊产品生产率、质量、精度和效率得到了大大提高，可提高生产效率50％以上，操作、控制、使用简便。本发明大大降低了铝合金手工钎焊的操作难度，降低操作人员的劳动强度，解决了铝钎焊火焰钎焊加热和焊接问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，其中，(a)为加热装置及工件的正视图，(b)为加热装置及工件的侧视图；

图2是本发明的方法流程图；

图中，1-工件(铝型材形成的框体)，2-火焰钎焊焊嘴，3-夹持器，4-固定支架，5-焊缝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明属于铝钎焊加热控制技术，可以运用于焊接过程中的铝钎焊加热过程自动调整领域，其原理为：调整钎焊加热装置，预先通过调整加热高度、加热位置和角度，保证轻微碳化焰，焊接火焰加热在钎焊焊缝的两侧10－20mm范围内；预先设定机头的摆动频率，运动速度大约为100mm/s左右；施焊时，机头往复摆动，焊接过程采用焊料预置方式，设定加热时间，通过观察钎剂的状态变化从乳白色胶状态，变化为灰色液体，最终完成铝合金型材的钎焊。

本发明提供的铝合金钎焊加热机构由夹持器、火焰钎焊焊嘴、固定支架组成。具体组成见图1。其中，火焰钎焊焊嘴组件与夹持器连接，焊嘴组件角度0-180度可调；夹持器安装在固定支架上；固定支架在行走小车上固定，可以实现沿焊缝往复运动。

所述的火焰钎焊焊嘴距离工件表面70～80mm；火焰钎焊焊嘴的火焰喷射到工件表面的位置距离焊缝10～20mm；在同时经过两个火焰钎焊焊嘴且垂直于工件表面的平面上，火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向与工件表面呈45度角，且两个火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向均朝向焊缝；在经过火焰钎焊焊嘴且平行于焊缝的平面上，火焰钎焊焊嘴的火焰喷射方向与工件表面呈45～60度角。

铝合金钎焊加热机构具体的工作步骤为：

1)调整加热设备的初始状态和角度，保证采用轻微碳化焰，焊接火焰加热在钎焊焊缝的两侧10－20mm范围内；

2)设定机头的运动速度为100mm/s；

3)焊接过程中采用焊料预置方式，机头短距离往复摆动，通过观察钎剂钎料的状态变化完成铝合金型材的钎焊。

例1

焊接铝合金门框型材。

首先进行焊前清洗，采用丙酮去除工件表面的油污；将工件浸入60℃、质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗20s后取出，并用清水冲洗干净；将工件浸入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s后取出，用清水冲洗干净，并用压缩空气吹干，备焊。

焊接时，通过调整加热高度、加热位置和角度，保证焊接火焰加热在钎焊焊缝的两侧10－20mm范围内；设定机头的摆动频率，大约2秒实现一次往复，摆动距离100mm左右；机头往复摆动，设定加热时间50－60秒，焊接过程采用焊料预置方式，用火焰均匀加热，通过观察钎剂钎料的状态变化完成铝合金型材的钎焊。最终钎料借工件上热量熔化，并迅速湿润，漫流填缝。焊后将工件自然冷却至100℃以下再放入清水中清洗，以防工件激冷变形。

焊后处理为：将工件表面残渣用毛刷清理干净；将工件放入质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗10～20s，然后再用清水冲洗干净；将工件放入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s，然后用清水冲洗干净再用压缩空气吹干。

例2

焊接铝合金窗框型材。

首先进行焊前清洗，采用丙酮去除工件表面的油污；将工件浸入60℃、质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗20s后取出，并用清水冲洗干净；将工件浸入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s后取出，用清水冲洗干净，并用压缩空气吹干，备焊。

焊接时，通过调整加热高度、加热位置和角度，保证焊接火焰加热在钎焊焊缝的两侧10－20mm范围内；设定机头的摆动频率，大约2秒实现一次往复，摆动距离80mm左右；机头往复摆动，设定加热时间40－50秒，焊接过程采用焊料预置方式，用火焰均匀加热，通过观察钎剂钎料的状态变化完成铝合金型材的钎焊。最终钎料借工件上热量熔化，并迅速湿润，漫流填缝。焊后将工件自然冷却至100℃以下再放入清水中清洗，以防工件激冷变形。

焊后处理为：将工件表面残渣用毛刷清理干净；将工件放入质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗10～20s，然后再用清水冲洗干净；将工件放入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s，然后用清水冲洗干净再用压缩空气吹干。

例3

焊接铝合金孔口型材。

首先进行焊前清洗，采用丙酮去除工件表面的油污；将工件浸入60℃、质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗20s后取出，并用清水冲洗干净；将工件浸入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s后取出，用清水冲洗干净，并用压缩空气吹干，备焊。

焊接时，通过调整加热高度、加热位置和角度，保证焊接火焰加热在钎焊焊缝的两侧10－20mm范围内；设定机头的摆动频率，大约2秒实现一次往复，摆动距离50mm左右；机头往复摆动，设定加热时间35－45秒，焊接过程采用焊料预置方式，用火焰均匀加热，通过观察钎剂钎料的状态变化完成铝合金型材的钎焊。最终钎料借工件上热量熔化，并迅速湿润，漫流填缝。焊后将工件自然冷却至100℃以下再放入清水中清洗，以防工件激冷变形。

焊后处理为：将工件表面残渣用毛刷清理干净；将工件放入质量分数为10％的NaOH溶液中碱洗10～20s，然后再用清水冲洗干净；将工件放入质量分数为20％的HNO₃溶液中亮蚀30s，然后用清水冲洗干净再用压缩空气吹干。