专利名称：基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法
技术领域：
本发明涉及的是一种焊接技术领域的合金低温钎焊方法，具体是一种基于超 声镀敷的铝合金低温钎焊方法。
技术背景铝合金具有重量轻、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，因此研究开发铝合金钎焊所需的低温钎焊方法是解决铝合金构件制造需 解决的关键技术之一。目前，铝合金低温钎焊主要使用盐浴钎焊、炉中钎焊、电镀过渡层钎焊等工 艺方法，但大多存在工艺性不好或接头性能差的缺点，尚无一种环境有好、工艺 简单和接头性能良好的工艺方法。盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、 去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其 适用于密集结构钎缝的焊接。铝合金的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料 包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使 用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处首 先.由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐 都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证 焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求 比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另 外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面 容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中， 钎剂会因空气中的水分而失效。电镀过渡层钎焊铝合金一般使用在印刷电路板、 元器件引线小面积的铝材料，电镀层与铝合金表面结合不紧密，容易在钎焊处形 成裂纹。因此研究一种钎焊温度较低、钎焊工艺性优良、接头综合性能良好和经 济性良好的工艺方法成为铝合金加工急需解决的技术问题。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，工艺比较繁琐。 发明内容本发明针对现在铝合金钎焊技术上存在的问题，提供一种基于超声镀敷的铝 合金低温钎焊方法，其目的是解决建筑铝合金和可热处理强化铝合金的钎焊问 题，保证良好的钎焊工艺性和接头综合性能，钎焊温度为260-280。C。本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明利用超声作用将钎料镀敷于铝 合金待悍表面，然后装配放入气体保护炉中进行钎焊。所述利用超声作用将钎料镀敷于铝合金待焊表面是在表面经过除去表面氧 化膜的情况下在铝合金表面镀敷一层均匀的钎料。所述利用超声作用将钎料镀敷于铝合金待焊表面，其工艺参数为铝合金与 超声发生盘的距离为0.5腿-3mm、超声频率为20KHz，镀敷时间为15s -90s、 镀敷温度为20(TC-28(TC。进一步的优选为铝合金与超声发生盘的距离为 0.5-lram、超声频率为20KHz，镀敷时间为15 s-45s、镀敷温度为260°C-280°C 。所述铝合金表面在超声辅助的条件进行镀敷，需要镀敷的铝合金表面置于超 声作用面，不需要镀敷的铝合金表面预涂阻镀层，能有效减少钎料的浪费。所述装配，是将镀敷钎料的铝合金表面进行装配，装配时应使镀敷钎料层间 尽量平行，以利于钎料润湿，从而形成优美焊缝。所述装配，其镀敷钎料层间间隙为0.05mm-0. 3mm。进一步优选为0. 05 mm _0. lmm。所述气体保护炉，其中保护气为氩气。所述钎焊，其温度为200°C-280°C，时间为300 s -1200s。进一步优选为 钎焊温度为260°C-280°C，钎焊时间为600 s _900s。与现有技术比较，本发明由于采用超声镀敷铝合金的方法，从而在铝合金和 钎料之间形成一层致密的过渡层，过渡层形态为犬牙形态，有利于钎料与母材的 牢固结合，这就等于钎料在钎焊时钎料润湿过渡层。铝合金钎焊时不容易形成氧 化层，钎料更好地润湿铝合金，从而形成比较完美的钎缝，所得焊缝剪切强度最 高可达24.74MPa。并且此方法直接将钎料镀敷于铝合金表面，简化了工艺流程， 提高了生产效率。
图l是铝合金超声镀敷原理图。图2是铝合金板材双面镀敷焊接装配示意图。图3是铝合金夹芯结构装配示意图。图4是铝合金板材单面镀敷焊接装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图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。以下实施例首先按照常规技术对铝合金表面进行第一次表面处理、防锈、清 洗。如图1中，熔融低温钎料(1)放置于加热容器(3)中，待焊接的铝合金表 面经过去除油污，清除焊件表面的氧化皮，在室温下用洗衣粉水洗，然后用清水 冲洗。清水冲洗以后，经过砂纸打磨，再清水冲洗，再在10%丽03酸溶液里进行 化学清洗5min，然后经清水冲洗后烘干。不需要镀敷钎料的表面涂上绿油，将 需镀敷的铝合金表面平行于超声换能平面镀敷。然后进行超声镀敷、第二次表面 处理、组装成型和气保护钎焊工序。 实施例l在图2所示实施例中，上层6061铝合金1经过如图1所示过程镀敷钎料层2，同 样下层6061铝合金4镀敷钎料层3，超声镀敷参数超声频率为20kHz、镀敷时间为 15s、 30s和45s、镀敷温度为260'C、 27(TC和280。C，镀敷好的铝合金表面经过清 水冲洗表面，酒精擦拭后用夹具将上下铝合金装配好，装配间隙为0.05皿，放入 氩气保护炉中，并且上下两铝合金的镀敷工艺是一样的，工件的施焊温度与镀敷 温度相伺，钎焊时间分别为900s，取出置于空气中冷却。对板材的9组试验经宏观检査，26(TC镀敷的表面孔穴密度最小、270和280'C 的孔穴相差无几；从表面孔穴大小来看，26(TC最小，其次为28(TC，最大的为270 'C;并且孔穴密度和大小随镀敷时间和温度的增加而增加。钎焊所得焊缝成形良 好、外表光滑、表面无裂纹。经拉伸试验可得26(TC镀敷时间为15s、 30s和45s 装配间隙为O. 05mra的剪切强度分别为22. 88MPa、 9. 36MPa和24. 74MPa; 270。C镀敷 时间为15s、 30s和45s装配间隙为0. 05腿的剪切强度分别为15. 72MPa、 12. 92MPa 和IO. 99MPa; 28(TC镀敷时间为15s、 30s和45s装配间隙为0. 05mm的剪切强度分别 为17. 59MPa、 12. 01MPa和19. 52MPa。实施例2在图3所示的实施例中，上盖板6063铝合金下表面、上盖板6063铝合金上表 面和芯板6063铝合金待焊表面经过图1所示镀敷一层钎料，然后用夹具如图3所示 装配好，装配间隙为0.05mm，放入氩气保护炉中，在280'C施焊900s后，取出置 于空气中冷却。宏观观察钎缝发现，钎料填满焊缝，钎缝表面光滑，表面无裂纹 纹、气孔。实施例3在图4所示的实施例中，上层6061铝合金1经过如图1所示过程镀敷钎料层2， 具体工艺参数为超声频率为20kHz、镀敷时间为45s和镀敷温度为26(TC，下层6061 铝合金没有镀敷钎料层，装配间隙为0.05mm，在钎料表面涂敷有机胺钎剂后放入 260。C的氩气保护炉中1200s后随炉冷却用清水清洗工件。用清水清洗后的焊缝外 观发现，焊缝饱满，表面无气孔、裂纹等缺陷。
权利要求
1、一种基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征在于，利用超声作用将钎料镀敷于铝合金待焊表面，在铝合金表面除去表面氧化膜的情况下，在铝合金表面镀敷一层均匀的钎料，然后装配放入气体保护炉中进行钎焊。
2、 根据权利要求1所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征是，所述利用超声作用将钎料镀敷于铝合金待焊表面，其工艺参数为铝合金与超声发生盘的距离为0.5 mm -3mm、超声频率为20KHz，镀敷时间为15s -90s、镀敷 温度为200°C-280°C。
3、 根据权利要求1所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征是， 所述利用超声作用将钎料镀敷于铝合金待焊表面，其工艺参数为铝合金与超声 发生盘的距离为0. 5-lmm、超声频率为20KHz，镀敷时间为15 s _45s、镀敷温 度为260°C-280°C。
4、 根据权利要求1所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征是， 所述铝合金表面在超声辅助的条件进行镀敷，其中需要镀敷的铝合金表面置于超 声作用面，不需要镀敷的铝合金表面预涂阻镀层。
5、 根据权利要求l所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征是， 所述装配，是将镀敷钎料的铝合金表面进行装配，装配时使镀敷钎料层间尽量平 行，镀敷钎料层间间隙为0.05 mm-0.3mm。
6、 根据权利要求1或5所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征 是，所述装配，其镀敷钎料层间间隙为0.05 mm -0. lmm。
7、 根据权利要求1所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征是， 所述气体保护炉，其中保护气为氩气。
8、 根据权利要求1所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎悍方法，其特征是， 所述钎焊，其温度为200°C-280°C，时间为300 s -1200s。
9、 根据权利要求1所述的基于超声镀敷的铝合金低温钎焊方法，其特征是， 所述钎焊，其温度为260°C-280°C，钎焊时间为600 s -900s。
全文摘要
本发明公开的是一种焊接技术领域的基于超声镀敷钎料的铝合金低温钎焊方法。它利用超声作用将钎料镀敷于铝合金待焊表面，然后装配放入气体保护炉中进行钎焊。铝合金表面在超声辅助的条件进行镀敷，其中需要镀敷的铝合金表面置于超声作用面，不需要镀敷的铝合金表面预涂阻镀层。此种方法不仅能低温钎焊铝合金板材，也适合于铝合金夹芯结构的低温钎焊。
文档编号C23C26/02GK101234446SQ20081003429
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月6日 优先权日2008年3月6日
发明者敏 丁, 舜 姚, 张培磊, 张振宇, 培 裴 申请人:上海交通大学