6063铝合金真空钎焊工艺研究

作者:王振江;高增;王鹏;李显方;牛济泰; 刊名:热加工工艺 上传者:陈世海

【摘要】采用快冷甩带技术制备了Al-33.3Cu-6.0Mg-3.0Ni组分的箔状钎料,并把部分箔状钎料磨成粉状钎料,分别对6063铝合金进行真空钎焊,对钎焊接头的剪切强度进行测定,通过光学显微镜、扫描电镜结合能谱分析等方法对接头显微组织进行观察和分析。结果表明,真空钎焊最优工艺参数为:使用箔状钎料,压力4 MPa,加热温度为550℃、保温时间30 min。使用箔状钎料钎焊的接头剪切强度最大值为50.22 MPa,剪切强度明显高于使用粉状钎料钎焊的接头,粉状钎料钎焊接头中大量黑色点状区域的存在是造成接头强度明显降低的直接原因。

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铝及铝合金具有良好的的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及低温下良好的力学性能等特点,在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用[1]。随着科学技术的发展,铝合金的焊接方法也日益增多,铝合金焊接的方法包括熔化极气体保护焊(MIG)、非熔化极惰性气体保护焊(TIG)、搅拌摩擦焊、激光焊、电子束焊接等[2]。在航空航天行业中,铝合金被广泛应用于制造航空发动机的叶片、航天器或者飞机的蒙皮及加强肋等。在汽车制造行业中,铝合金是汽车活塞、气缸盖和进气歧管的主要原材料[3]。由于铝合金具有活泼的物理化学性能,所以在焊接过程中极易与空气发生氧化还原反应而生成一层致密的氧化膜,从而会产生氧化、焊缝热裂纹、气孔、变形等焊接缺陷,传统的焊接方法并不能有效地解决这些问题。真空钎焊因具有钎焊件变形程度低、高尺寸精度等优点成为铝合金焊接的主要方法[4]。对于航空航天、汽车行业对构件尺寸精度有严格要求的场合,研究用真空钎焊的方法焊接铝合金显得尤为重要。本试验选择6063铝合金为母材,选择Al-33.3Cu-6.0Mg-3.0Ni组分合金为钎料母合金,Al-33.3Cu-6.0Mg合金的共晶点温度仅507℃,可避免铝合金的物理性能因高温加热而减损[5]。T Aburada等[6-7]发现少量Ni可提高Al-Cu-Mg非晶合金的点蚀性能。本试验通过快凝甩带技术制备了急冷箔状钎料,用球磨机对部分箔状钎料磨成粉末状,分别对6063铝合金进行真空钎焊试验,找到最佳钎焊工艺,并比较箔状钎料和粉状钎料连接接头的优劣。1试验材料与方法1.1试验材料本次试验所使用的母材为6063铝合金材料,6063铝合金属于可热处理强化铝合金,主要强化相是Mg2Si。该合金具有中等强度,良好的耐蚀性、导电、导热性,其成分如表1所示。其中母材6063Al合金的固液相线为568~652℃[8]。试验所用钎料成分为Al-33.3Cu-6.0Mg-3.0Ni,首先按照配比取料并进行熔炼,制成棒状坯料,再经甩带机快冷制成箔状钎料,箔状钎料带厚度约80~90μm,部分箔状钎料用球磨机磨成粉末钎料,制备好的箔状钎料和粉状钎料应密封保存,并尽快使用,以防氧化。熔炼取料时应注意适当多一点,保证配比准确,各个原料尽可能切割成大小均匀的块状,以便在熔炼时受热均匀,防止因受热不均而发生的偏析现象[9]。1.2试验方法本次试验所采用的钎焊设备为OTL1200管式炉,如图1所示,额定功率为4kW,最高加热温度为1100℃,极限真空度为1.0×10-4Pa。焊接试样是采用电火花线切割的20mm×10mm×2 mm薄板,钎焊接头采用单面搭接形式,搭接长度为8~10 mm,焊接时采用如图1所示的夹具装夹,压力约4MPa,温度区间为520~560℃,保温时间为30 min。采用STA449C型同步热分析仪测定了箔状钎料的熔化特性,升温速率选用10K/min;使用D8型X射线衍射仪(XRD)对箔状钎料进行物相分析,试验参数采用管电压40kV、管电流40m A、扫描速率6°/min、扫描范围为20°~120°、X射线波长为0.154056nm;采用倒置式OLYMPUS型金相显微镜和Philips-quanta-200型扫描电子显微镜(SEM)结合能谱(EDS)对钎焊接头的微观组织及微区成分进行观察和分析。本试验钎焊接头的剪切试验在Instron-1186型电子万能材料拉伸试验机上进行,室温加载速率均设定为0.2mm/min。由于本试验采用搭接接头,直接在拉伸试验机上进行剪切试验将产生较大误差,因为在剪切过程中钎缝不在中心线上而

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