鋁釬焊接技術在鋁殼體中的應用

2020-12-10 04:09:52李文學

科學技術創新 2020年35期

李文學李杰

（航天南湖電子信息技術股份有限公司，湖北荊州434000）

1 概述

我廠某鋁殼體零件（結構示意圖參見圖1）外形尺寸大，壁薄，數量多，以前采用傳統鋁板下料銑削加工工藝，機械加工工作量大、加工難度高極易變形，加工完成后還需要進行熱處理消除加工應力，工序復雜且生產成本高，廢品率較高。殼體長度約1200mm、寬220mm、總高45mm、壁厚為3mm，材料利用率極低僅為13.5%。

圖1 殼體結構示意圖

因此我們考慮采用焊接方法來代替原始機械加工方法，來達到節約成本，減少加工量和難度。我們對其結構工藝進行分析，在鋁板焊接方面一般采用氬弧焊和鋁釬焊，如果采用一般的氬弧焊進行拼焊，焊接量較大且焊接變形難以控制，尺寸容易出現超差。經過多次摸索、試驗，我們認為氮氣爐中保護釬焊較適合本鋁殼體的焊接。本鋁殼體較大，結構較復雜，焊接接頭較多，因此焊接接頭的設計、裝配控制、釬焊工藝參數等是本鋁殼體釬焊的難題。

2 鋁釬焊原理

釬焊時把裝配好并加上釬料（鋁箔）及釬劑的工件放入氮氣保護釬焊電爐中，工件被加熱到釬焊溫度后，釬料流入接頭間隙，取出冷卻后便將工件焊牢形成釬焊接頭。氮氣保護爐中釬焊具有較高的溫度均勻性，溫差不超過5℃。

3 母材的選擇

鋁及鋁合金的釬焊的操作難度大，主要原因在于鋁及鋁合金的熔點與所選用的硬釬料的熔點相差不大，釬焊時可選擇的溫度范圍很窄，容易出現母材過熱甚至熔化。一些熱處理強化的鋁合金還會因為釬焊加熱引起時效或退火等軟化現象，導致性能降低。

用于釬焊的鋁合金材料為主要有3A21、6A02、6063，具體對比參見表1。考慮到殼體對耐腐蝕性要求高，因此選擇3A21 鋁合金為主體材料，兼顧釬焊性能與防護性能。

表1 3A21、6A02、6063 鋁合金性能對比

4 焊材及接頭形式

由于鋁殼體結構復雜，裝配間隙不好控制，釬料選用間隙不敏感的BAl92Si 亞共晶釬料(具體參見表2)，選擇釬焊溫度為610℃，控制溫度在釬料的固、液相線之間，就可以形成釬縫飽滿的接頭。與釬料配套的釬劑選用無腐蝕性的氟化物共晶釬劑。

表2 BAl92Si 鋁硅釬料化學成分及參考熔化溫度范圍

根據鋁殼體結構特點，我們選用片狀釬料箔，通過裝配將釬料箔預置在釬焊縫里（示意圖參見圖2），后續將釬劑涂抹在接縫位置，接頭形式為對接焊縫。

圖2 釬料箔布置示意圖

5 工藝過程

5.1 零件進行裝配前清洗

5.1.1 在工業清潔劑中去油污；

5.1.2 冷水洗；

5.1.3 10%NaOH 溶液80-85℃浸洗；

5.1.4 冷水洗；

5.1.5 30%HNO3 溶液常溫浸泡去除表面污物；

5.1.6 冷水洗；

5.1.7 熱水洗；

5.1.8 烘干。

5.2 裝配

零件和釬料預制件在干凈工作臺上進行裝配。為防止零件二次污染，裝配時必須戴干凈白手套操作。裝配時對夾具進行清洗，保持干凈，按工藝要求采用專用夾具進行裝配(專用夾具參見圖3)，保證裝配尺寸和精度。裝配間隙決定釬焊質量，因此必須嚴格抓好裝配質量，保證所有裝配間隙不超過0.1mm。

圖3 專用夾具示意圖

5.3 點焊

考慮到專用夾具的利用率和成本，我們先利用專用夾具將各零部件、釬劑、釬料完成裝配，再用鎢極氬弧焊選擇性的在關鍵位置點焊焊牢，然后將整體工件拆下，進行氮氣爐中釬焊，夾具不隨工件進爐。夾具重新裝配點焊其余工件。在保證各定位尺寸及裝配間隙的前提下，避免專用夾具因受熱發生變形，提高專用夾具的利用率，降低專用夾具的成本。