CN100519032C - 低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法 - Google Patents
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Abstract
低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，本发明涉及一种焊接方法。它是为解决现有方法焊接后变形大、难以实现复杂结构件焊接，硬钎焊方法存在焊后残留钎剂对工件有腐蚀作用、操作成本高、焊接周期长和软钎焊钎焊接头强度低、焊接接头高温使用性能差的问题。低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法通过以下步骤实现：一、将钎料放入焊缝间隙中或间隙端口；二、初步钎焊；三、超声波处理。用本发明中的方法进行铝合金钎焊时对工件无任何腐蚀作用，本发明中的方法焊接周期短，焊接温度低，操作成本低。本发明方法焊接接头强度提高，焊接高温使用性能提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法。
背景技术
铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等特点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天工业。尤其是铜金属材料价格飞涨，许多传统的铜合金结构件已被铝合金所取代，使得铝合金的应用范围比以往更广泛，致使铝合金的焊接技术也越来越受到重视，对焊接技术的要求也更加苛刻。对于铝合金结构件来说，保证较小的变性量是关键所在，因而人们期望焊接的温度越低越好，TIG焊、MIG焊、激光焊、电子束焊、扩散焊和瞬间液相焊方法存在焊后变形大和难以实现复杂结构件焊接的问题；而现有的硬钎焊方法在高温下进行，有焊后残留钎剂对工件有腐蚀作用、操作成本高和焊接周期长的问题；软钎焊方法在低温度下钎焊，钎焊接头强度低，焊接接头高温使用性能差，导致焊接后的铝合金工件无法在高温环境下正常工作。
发明内容
本发明是为了解决现有TIG焊、MIG焊、激光焊、电子束焊、扩散焊和瞬间液相焊方法焊后变形大、难以实现复杂结构件焊接，硬钎焊方法存在焊后残留钎剂对工件有腐蚀作用、操作成本高、焊接周期长和软钎焊钎焊接头强度低、焊接接头高温使用性能差的问题，而提出一种低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法。低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法通过以下步骤实现：一、将钎料做成50～500μm的薄片或做成直径1000～5000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口；二、在超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm、钎焊温度为190～450℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.1～60s，完成初步钎焊并在焊接处形成焊接接头；三、将焊接接头部分的温度调整为190～550℃并保持1～60分钟，之后再以超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm的条件对焊接接头进行超声波振动，即实现低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法。本发明实现了低温钎焊并获得高温工作的高质量接头，本发明采用低熔点的金属作为填充金属，实现了较低温度下的钎焊，利用钎料向母材中的扩散使近缝区的母材被合金钎料溶解，采用多次超声振动搅拌下，母材合金以及钎料合金混合形成新合金材料的焊缝。使得本发明具有以下优点：(1)由于焊缝合金成分的改变，焊缝金属的强度大幅提高，甚至能接近母材的强度水平；(2)由于焊缝合金成分的改变，焊缝合金的熔点与钎料相比也得到提高，高温性能同样得到提高；(3)本方法是在大气条件下进行的无钎剂的钎焊方法，不会产生腐蚀作用，本发明中的焊接方法获得接头变形量小，操作方便、易于实现自动化焊接，较低的焊接温度就使得焊接过程更加节能降耗，不采用钎剂的方法是一种“绿色”的无焊后污染和腐蚀的方法。用本发明中的方法进行铝合金钎焊时无钎剂，所以对工件无任何腐蚀作用。本发明中的方法焊接周期短，比现有方法减少了30％～60％的时间；焊接温度低为190～450℃；生产成本低，比其它方法降低了20％～45％，利用本发明中的方法进行焊接后，焊接接头强度显著提高，可达到母材的强度70％～90％，比现有软钎焊方法产生的接头强度提高了30％～50％，利用本发明中的方法进行焊接后，焊接接头的高温使用性能明显提升，可达到母材的最高使用温度，高温使用性能比现有钎焊方法产生的接头提高了50％～90％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法通过以下步骤实现：一、将钎料做成50～500μm的薄片或做成直径1000～5000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口；二、在超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm、钎焊温度为190～450℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.1～60s，完成初步钎焊并在焊接处形成焊接接头；三、将焊接接头部分的温度调整为190～550℃并保持1～60分钟，之后再以超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm的条件对焊接接头进行超声波振动，即实现低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法。
本实施方式中尤其适用于对母材为Al及Al合金的工件进行钎焊。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中低温钎焊铝合金的钎料为Sn-Zn合金、Zn的质量百分含量为50％～99.99％的Zn-Al合金或纯锌中的一种。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成100～400μm的薄片或做成直径2000～4000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成200～300μm的薄片或做成直径2500～3500μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成300μm的薄片或做成直径3000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成200μm的薄片或做成直径2000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤一中将钎料做成100μm的薄片或做成直径1000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20～50kHz、振幅为5～40μm、钎焊温度为200～420℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.5～30s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20～30kHz、振幅为10～30μm、钎焊温度为300～410℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊1～10s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20kHz、振幅为20μm、钎焊温度为400℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊3s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二中在超声波频率为20kHz、振幅为10μm、钎焊温度为200℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊10s。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为300～520℃并保持5～50分钟，之后再以超声波频率为20～50kHz、振幅为5～40μm的条件对焊接接头进行超声波振动。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为350～510℃并保持10～40分钟，之后再以超声波频率为20～30kHz、振幅为10～30μm的条件对焊接接头进行超声波振动。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为500℃并保持30分钟，之后再以超声波频率为20kHz、振幅为20μm的条件对焊接接头进行超声波振动。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为300℃并保持60分钟，之后再以超声波频率为20kHz、振幅为10μm的条件对焊接接头进行超声波振动。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤三重复操作1～5次。其它步骤与具体实施方式一相同。
Claims (10)
1、低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法通过以下步骤实现：一、将钎料做成50～500μm的薄片或做成直径1000～5000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口；二、在超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm、钎焊温度为190～450℃的条件下，对钎焊部分进行超声钎焊0.1～60s，完成初步钎焊并在焊接处形成焊接接头；三、将焊接接头部分的温度调整为190～550℃并保持1～60分钟，之后再以超声波频率为20～100kHz、振幅为1～50μm的条件对焊接接头进行超声波振动，即实现低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法。
2、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤一中钎料为Sn-Zn合金、Zn的质量百分含量为50％～99.99％的Zn-Al合金或纯锌中的一种。
3、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤一中将钎料做成100～400μm的薄片或做成直径2000～4000μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。
4、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤一中将钎料做成200～300μm的薄片或做成直径2500～3500μm的棒或丝放入两个待焊部件的焊缝间隙中或间隙端口。
5、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤三重复操作1～5次。
6、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤二中在超声波频率为20～50kHz、振幅为5～40μm、钎焊温度为200～420℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊0.5～30s。
7、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤二中在超声波频率为20～30kHz、振幅为10～30μm、钎焊温度为300～410℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊1～10s。
8、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤二中在超声波频率为20kHz、振幅为20μm、钎焊温度为400℃的条件下对钎焊部分进行超声钎焊3s。
9、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为300～520℃并保持5～50分钟，之后再以超声波频率为20～50kHz、振幅为5～40μm的条件对焊接接头进行超声波振动。
10、根据权利要求1所述的低温钎焊铝合金获得高温使用性能焊接接头的方法，其特征在于步骤三中将焊接接头部分的温度调整为500℃并保持30分钟，之后再以超声波频率为20kHz、振幅为20μm的条件对焊接接头进行超声波振动。
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