胡瓊

摘 要：為了提高鋁合金結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，針對試驗(yàn)件及航空電子設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行真空釬焊加工工藝研究，通過分析6061鋁合金材料特性及釬焊性，確定母材6061鋁合金真空釬焊工藝過程及真空釬焊工藝參數(shù)以及工件經(jīng)釬焊后進(jìn)行強(qiáng)化處理的工藝方法和工藝參數(shù)。鋁合金的真空釬焊離不開釬焊料，釬焊料的選擇是釬焊成功的關(guān)鍵因素之一，由于目前市場所能提供的釬焊料品種不多，根據(jù)目前市場常見的幾種釬焊料，如純釬料：箔材4004、4047，單面及雙面復(fù)合釬料其基材為3003，壓覆層為4004。通過對比試驗(yàn)確定釬焊6061母材的焊料為4004相對合適。

關(guān)鍵詞：6061鋁合金;真空釬焊;焊接工藝;4004釬焊料

中圖分類號：TG425 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0080-02

0 引言

真空釬焊是在真空環(huán)境下，不需要使用釬劑，利用毛細(xì)作用將釬料填滿于母材間隙之間的高質(zhì)量焊接方式。其具有焊接變形小，外觀質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)簡單、加工效率高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于航天、航空等行業(yè)，是航空電子系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備鋁合金機(jī)箱的常用加工方式。

上世紀(jì)70年代，國外已經(jīng)開始研究鋁合金的真空釬焊?，F(xiàn)階段，美、英、日已經(jīng)處于高質(zhì)量批量生產(chǎn)的階段[2]，而我國真空釬焊起步晚，主要用于火箭發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)等不銹鋼及高溫合金的釬焊，隨著航空電子設(shè)備輕量化需求，鋁合金越來越多的用于機(jī)載設(shè)備機(jī)箱。6061鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化合金，具有較好的可成形性、可焊接性及可切削性能，耐腐蝕和中等強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備[3]?，F(xiàn)階段對機(jī)箱類產(chǎn)品主要采用線切割方式加工機(jī)箱腔體，該加工方式不但效率低而且還浪費(fèi)材料，因此需要對6061鋁合金真空釬焊加工工藝進(jìn)行研究，改進(jìn)機(jī)箱產(chǎn)品加工效率[4]。

1 6061鋁合金焊接性能分析

鋁合金6061屬鋁鎂硅系合金，主要元素為Mg和Si，其強(qiáng)化相為Mg2Si。其化學(xué)成分如表1所示。

真空釬焊的焊接溫度需低于母材的固相線溫度，但又要高于釬料的液相線溫度，該溫度可以使母材不熔化的狀態(tài)完成焊接，這樣對母材的影響比較小，結(jié)構(gòu)變形也相對較小。6061鋁合金固相線溫度為582～595℃，液相線溫度635～652℃，理論上焊接溫度不超過593℃，但為了防止母材過燒，要盡量降低焊接溫度，因此需要選擇合適的釬料進(jìn)行6061鋁合金真空釬焊。

2 真空釬焊工藝研究

2.1 焊料的選擇

釬焊料的選擇對零件焊接成敗致關(guān)重要，釬焊料的選擇有如下幾個(gè)原則：

（1）盡量選擇釬料的主成分與母材主成分一致的釬料。（2）釬料的液相線溫度要低于母材固相線溫度。（3）釬料的熔化區(qū)間，即該釬料的固相線與液相線之溫度差要盡量小，否則將引起工藝上的困難。溫度差過大還易引起熔析。（4）釬料中的某一重要組元能與母材產(chǎn)生液態(tài)互溶，從而能形成牢固的結(jié)合。（5）釬料的主要主成分與母材主成分在元素周期表中的位置盡量靠近，這樣的釬料引起的電化學(xué)腐蝕較小，焊接接頭的抗腐蝕性好。（6）釬料具有良好的成形加工性能，能加工成絲、棒、片、箔、粉等型材。

依據(jù)上述原則及市場的供應(yīng)情況，牌號為4004的釬料適合于6061鋁合金真空釬焊。該牌號的釬焊料其市場提供有0.1、0.15厚度兩種及復(fù)合釬料，復(fù)合釬料選擇434，該復(fù)合釬料其壓覆層采用4004焊料，其基板采用了3003合金。4004釬料成分如表2所示。

2.2 焊接前工件的清洗

被釬焊的工件必須仔細(xì)去除表面的各種污物、油污、氧化層，否則不能獲得良好的焊縫和較高的焊接強(qiáng)度。

清洗方式采用普通的堿、酸洗。

將工件放在5%的NaOH，溫度在60℃左右的溶液中浸泡10-15s→將工件放入清水容器中清洗→將工件放入體積比為65%的硝酸溶液：水（2：8）的溶液中浸泡1-2分鐘→將工件放入清水容器中清洗→放入60℃左右的清水中清洗→將工件放入100℃的烘箱中烘干→用干凈的紙張包裝好防止再次污染→24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行釬焊。釬焊時(shí)焊接面用丙酮擦拭一遍。

2.3 焊接溫度

根據(jù)6061鋁合金和釬料焊接溫度特性，同時(shí)為防止焊接過程溫度變化過快導(dǎo)致母材變形，采用階梯加熱方式，分階段加熱至焊接溫度。研究總結(jié)出以下二種可行的焊接溫度工藝參數(shù)，焊接溫度如表3所示。

2.4 真空釬焊后熱處理工藝

6061-T6鋁合金經(jīng)過真空釬焊之后，其抗拉強(qiáng)度存在一定程度的減弱，減弱為母材的39%[5]，難以滿足實(shí)際使用要求，因此需要進(jìn)行熱處理強(qiáng)化[6]，使其抗拉強(qiáng)度滿足使用要求。

通過查閱相關(guān)資料，本文使用如下的熱處理工藝：將試件進(jìn)行加熱2小時(shí)至525±5℃→保溫1.5小時(shí)→將試件取出放入35℃-40℃的水中進(jìn)行冷卻至室溫→將試件放入恒溫試驗(yàn)箱進(jìn)行人工時(shí)效（加溫至170℃保溫8小時(shí)，之后空氣中冷卻）。

3 試驗(yàn)件真空釬焊試驗(yàn)

根據(jù)上文所述的焊接工藝，設(shè)計(jì)釬焊試驗(yàn)選出最佳釬料、清洗方法以及溫度曲線。釬焊試驗(yàn)采用如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件。采用不同的釬焊工藝對其進(jìn)行釬焊，每一次試驗(yàn)焊接三塊試驗(yàn)件，焊接結(jié)束后測試其抗拉強(qiáng)度。

試驗(yàn)件真空釬焊試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，其中釬料1為厚度為0.1mm的4004釬料，釬料2為厚度0.15mm的4004釬料，釬料3為434復(fù)合釬料。

通過試驗(yàn)結(jié)果可以看出試驗(yàn)4所使用的釬料與溫度曲線焊接的焊縫抗拉強(qiáng)度最大，平均抗拉強(qiáng)度為126MPa。因此，對6061鋁合金可采用4004釬料，使用加熱參數(shù)2進(jìn)行真空釬焊。

對試驗(yàn)4所采用的釬焊工藝焊接得到的試驗(yàn)件進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，三個(gè)試驗(yàn)件焊縫的抗拉強(qiáng)度分別為209MPa、202MPa、205MPa，平均抗拉強(qiáng)度為205.3MPa，能達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的70%左右（6061-T6抗拉強(qiáng)度為295MPa），能滿足實(shí)際使用要求。

4 機(jī)箱真空釬焊試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)分析得到的焊接工藝對如圖2所示的長方體機(jī)箱進(jìn)行真空釬焊試驗(yàn)。對焊件表面進(jìn)行堿、酸清洗，使用4004復(fù)合釬料和溫度參數(shù)2對該機(jī)箱進(jìn)行真空釬焊，焊接完成進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。焊接完成后，檢查其能否滿足設(shè)計(jì)要求，對焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢查，及機(jī)箱外形尺寸進(jìn)行測量。

真空釬焊及熱處理強(qiáng)化完成后，焊縫滲透檢驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出焊接所得到的4條焊縫均無滲透現(xiàn)場，滿足設(shè)計(jì)要求。

機(jī)箱外形尺寸測量結(jié)果如表5所示，可以看出真空釬焊后及熱處理之后機(jī)箱的外形尺寸滿足設(shè)計(jì)要求無超差發(fā)生。

5 結(jié)語

綜上所述，通過采用4004純釬料及溫度參數(shù)2的工藝，6061鋁合金真空釬焊后焊縫抗拉強(qiáng)度達(dá)到126MPa，熱處理強(qiáng)化后焊縫的抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的70%左右，能滿足航空電子設(shè)備機(jī)箱的強(qiáng)度使用要求，同時(shí)采用該真空釬焊工藝焊接得到的機(jī)箱，其焊縫質(zhì)量與尺寸均能滿足機(jī)箱使用要求。

參考文獻(xiàn)

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