某型鋁合金機箱真空釬焊工藝研究

喬平　張紅娟　羅錫　朱光輝　王智峰

摘 要：本文從鋁合金真空釬焊原理機制、工藝參數、零件表面處理、釬焊夾具設計應用及鋁合金機箱焊接質量等方面進行闡述，依據生產經驗，設計了真空釬焊夾具，總結了某型鋁合金機箱真空釬焊工藝，為后續生產提供依據。

關鍵詞：鋁合金;真空釬焊;夾具

Abstract：The principle and mechanism of vacuum brazing of aluminum alloy，the technological parameters，the surface treatment，the design and application of Brazing fixture and the welding quality of aluminum alloy chassis are described，the vacuum brazing process of a certain type of aluminum alloy chassis is summarized，which provides the basis for the following production.

Key words：aluminum alloy;vacuum braze;fixture

鋁合金具有重量輕、耐腐蝕性好、導熱導電性能佳等優點，常被用在航空航天、汽車船舶等領域，用于制作熱交換器及一些形狀結構復雜的結構件。鋁及鋁合金焊接過程中容易被氧化，生成三氧化二鋁薄膜，很難去除，會妨礙焊接的順利進行，而且會出現夾渣、氣孔等缺陷。鋁合金真空釬焊工藝無需使用釬劑，在真空條件下可以極大程度降低焊接過程的氧化作用，提高生產效率。本文結合實際生產中所積累的經驗，介紹鋁合金機箱真空釬焊工藝方法。

1 鋁合金真空釬焊的原理機制

真空釬焊是在真空狀態下，將真空爐內溫度設定到某一區間。在該溫度下，母材處于固體狀態，釬料處于液體狀態。液態的釬料在母材的表面上潤濕、毛細流動、填充、鋪展，與母材相互作用，最終冷卻凝固，實現冶金的連接方法[1]。

鋁合金對氧的親和力很大，焊接時表面形成一層致密的氧化膜，阻礙釬料與母材的結合，這是鋁合金焊接時的主要障礙之一。在真空條件下，大部分氣體可以被清除，氧氣含量極低，有效排出了空氣對焊接的有害影響，真空狀態下可以去除氧化膜。此外金屬Mg在去除氧化膜中可以發揮重要作用。通過加熱處理，使Mg揮發轉化為Mg蒸氣，達到對釬料表面的氧化膜予以去除的目的。Mg熱膨脹系數較鋁熱膨脹系數更低，通過加熱，鋁得到快速膨脹，膨脹速率相對慢的氧化膜則不斷開裂。Mg蒸氣與真空爐中殘留水蒸氣形成化學反應。釬料溶化后可發揮吸附功效，使得氧化膜強度下降，氧化膜開裂同時溶化至釬料，進一步液態釬料實現對母材的濕潤[2]。

2 真空釬焊工藝研究

2.1 機箱介紹

本文研究的加固機箱箱體由左右側板、前框、前導軌板和后導軌板五個零件焊接而成，前導軌板內部設計為耐熱通風通道，通風部分采用翅片板形成夾層。如何控制箱體焊接變形量并保證焊接后各配合尺寸為工藝難點和重點。

2.2 清洗

真空釬焊前對各焊接零件進行清洗，是保證鋁及鋁合金焊縫質量的重要措施。鋁合金零件清洗是為了去除表面氧化膜及油污，促進真空釬焊釬料與母材結合。清洗方法為化學清洗，采用有機溶劑去除鋁合金零件表面油污。清洗流程為有機去油-堿洗-流動水洗-酸洗-流動水洗-干燥。清洗完成后零件放置在潔凈干燥的容器內，防止水汽等污染零件表面。

除了化學清洗外，還可以用機械方法進行清潔，去除鋁合金表面氧化膜。如拋光打磨、砂紙打磨等。此方法效率低，不適宜大批量生產。

2.3 零件裝配

鋁合金零件組裝之前，對零件進行校正，保證裝配面平整。零件需用酒精進行清潔，保證零件表面無污染。各鋁合金零件組裝為箱體，用螺釘將各零件緊固組裝。釬料放置在組裝零件的焊接面，螺釘既緊固各零件，也對釬料進行緊固，保證釬料填滿焊接區域。在組裝過程中，應佩戴干凈細紗手套，防止組裝過程中污染零件表面，影響焊接質量。

2.4 夾具設計及安裝

為保證焊接箱體的焊接質量，防止箱體焊接變形過大，本文設計了一種專用工裝來保證釬焊接頭的裝配。采用兩種通用工裝來輔助焊接，保證焊接質量，防止焊接變形過大。

2.4.1 專用工裝

由于該箱體內部有翅片，翅片區域尺寸狹小，通用工裝難以進行緊固。為保證翅片附近的焊接接頭質量，設計了1Cr18Ti9Ni材料專用工裝，如圖2所示。

2.4.2 通用工裝-矩形夾

前框與左右側板連接區域尺寸較大，可以用通用矩形夾進行緊固，如圖3所示。

2.4.3 通用工裝-可調節支桿

真空釬焊中零件受熱變形，為了防止左右側板之間的變形量過大，采用可調節支桿支撐于左右側板之間。如圖4所示。

2.4.4 箱體組裝工裝

各零件組裝釬料之后，用工裝組裝箱體，如圖5。

2.5 真空釬焊

鋁合金真空釬焊的主要工藝參數有：加熱速率、保溫時間、冷卻速率、真空度、爐溫均勻性、真空釬焊溫度等，這些因素均會影響真空釬焊的焊接接頭質量。一般在加熱階段要求真空爐內真空度不大于3×10-3Pa，小型、薄板鋁合金組件的加熱速率建議為10℃/min。使用工裝組裝的鋁合金組件，需降低加熱速率，延長保溫時間，使鋁合金組件受熱均勻。

為了使零件充分受熱，一般在釬料的固液相線以下保溫一段時間，保溫時間的長短與零件的厚度、大小以及結構復雜程度有關。保溫階段要求真空度不大于3×10-3Pa，若真空度達不到要求，需要延長保溫時間，待滿足真空度要求后，方可繼續升溫。

真空釬焊溫度優選為高于釬料固液相線溫度30℃-100℃，低于母材的固液相線溫度[3]。保溫時間應能保證釬料與母材充分作用，保證焊接接頭的形成。保溫時間過長或過短，都會影響焊接接頭的質量。應延長使用工裝組裝的鋁合金組件的焊接保溫時間，以保證焊接接頭質量。

真空釬焊后可選擇自然隨爐冷卻和充氣冷卻。本次真空釬焊過程采用自然隨爐冷卻至室溫，隨后去除焊接件。

3 焊接質量

由于真空爐設備、工藝方法及環境等多方面因素的影響，釬焊過程中往往會產生焊接缺陷，如裂紋、溶蝕、變形等缺陷，需對焊接接頭質量進行檢驗。檢驗內容一般包括尺寸及形位精度、變形量、焊接接頭外部質量檢驗、接頭強度、釬透率等。若設計文件及工藝文件沒有要求進行接頭強度、接頭內部質量檢驗，則可不進行該項內容[3]。

4 結語

本文以某型鋁合金機箱真空釬焊為例，對真空釬焊原理進行分析，結合實際生產中的經驗，設計了鋁合金加固機箱的真空釬焊工藝。根據加固機箱的結構特點，設計了專用工裝夾具。通過對真空釬焊參數的分析、篩選和實驗，確定了合理的工藝方案。提高了鋁合金加固機箱的生產效率、提升了質量穩定性。對鋁合金加固機箱的焊接具有一定的參考意義。

參考文獻：

[1]吳國臣.對鋁制釬焊板翅式散熱器的研究[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（2）：49-50.

[2]劉剛，李言軍，蔡蓮蓮，等.鋁制翅板換熱器真空釬焊技術的發展[J].科技、經濟、市場，2015，13（7）：21-22.

[3]許彬，等.鋁合金電子機箱釬焊工藝研究[J].電子工藝技術，2018，39（4）：235-237.

[4]龔雅娟，胡遠.某型艦載機箱釬焊工藝設計[J].艦船電子工程，2017，278（8）：165-167.

作者簡介：喬平（1987-），男，漢族，陜西咸陽人，本科，工程師，研究方向：機加工藝，真空釬焊。