CN102601475A - 利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法 - Google Patents

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黄永宪
吕世雄
龚靖
刘华杰
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Abstract

利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法，它涉及一种钎焊领域的焊接方法，以解决泡沫铝钎焊过程中产生的钎料不润湿和氧化膜难去除，导致接头强度下降的问题。方法：一、将两块泡沫铝板加热，分别利用棒状钎料在两块泡沫铝板的待焊接面上往复滑动，使钎料涂覆在待焊表面；二、将两块泡沫铝涂覆钎料的端面对接，加热使两块泡沫铝板接触面的钎料达到熔化状态；三、将可滑动卡具夹持的泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动，同时在垂直于焊接面的方向施压；四、停止泡沫铝间的相互滑动，将两块泡沫铝板的待焊接面对齐，再次加压，保温1分钟～3分钟后自然冷却至室温，实现两块泡沫铝间冶金结合的钎焊界面。本发明用于泡沫铝与泡沫铝的焊接。

Description

利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法
技术领域
本发明涉及一种钎焊领域的焊接方法，尤其是一种泡沫铝对接、搭接的焊接方法。
背景技术
泡沫铝是类似泡沫状的超轻金属材料，其独特的孔隙结构使其具有多功能复合特性。通常泡沫铝的孔隙率很高(＞80％)。孔隙率为90％的泡沫铝，其密度只有0.27g/cm3，约为水密度的1/4。与此同时，泡沫铝还具有突出的机械性能，多孔金属在承受压应力时其应力-应变曲线上的塑性变形阶段的应力几乎恒定不变，它们在变形时大量的能量被转变为塑性能，以热量形式耗散，是用作撞击防护的优良材料。此外，多孔金属还是典型的韧性材料，可以防止多孔金属构件存在裂纹和缺陷时发生瞬间的灾难性破坏。泡沫铝还具有优良的散热、隔热以及吸声效果等。因此，泡沫铝是一种性能优异的多功能工程材料，在交通、微电子、海洋采油、航空航天、生物、医疗、建筑等高科技及高技术领域中有着重要的意义。
泡沫铝的制备方法根据制备过程中铝的状态分为固态金属烧结法、液态金属凝固法、沉积法三大类，上述三种方法很难实现大面积和复杂结构件的一次性成形，极大地限制了泡沫铝的应用。泡沫铝的连接可实现大面积和复杂结构件的一次性成形，但是，现有的泡沫铝连接技术存在诸多问题，可归结为三个方面：(1)用粘结剂粘接的方法未能实现可靠的冶金连接，且存在接头老化的问题；(2)压力焊以及熔化焊诸如超声波固相焊接、扩散焊、激光焊接以及传统的TIG、MIG焊等，均以破坏孔隙结构，牺牲孔隙率为代价；(3)对于钎焊来说，钎料在母材上的铺展和润湿是焊接的关键，泡沫铝表面致密的氧化膜严重阻碍了钎料的铺展和润湿，且对于泡沫铝表面特殊的多孔结构，氧化膜的去除较为困难，常规钎焊难以实现泡沫铝的有效连接。
发明内容
本发明的目的是为解决泡沫铝钎焊过程中产生的钎料不润湿和氧化膜难去除，导致接头强度下降的问题，提供一种利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法。
本发明的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将两块泡沫铝板分别装卡在焊接卡具上，将两块泡沫铝板整体进行加热至350℃～460℃之间，分别利用棒状Zn-Al-Cu钎料在两块泡沫铝板的待焊接面上往复滑动，使熔化的钎料均匀地涂覆在待焊表面，自然冷却至室温；
步骤二、将其中一块已涂覆钎料的泡沫铝焊件装卡在固定卡具上，将另一块已涂覆钎料的泡沫铝焊件装卡在可滑动卡具上，并将两块泡沫铝涂覆钎料的端面对接，加热使两块泡沫铝板接触面的钎料达到熔化状态；
步骤三、钎料熔化后，将可滑动卡具夹持的泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动1次～10次，使泡沫铝间实现相互的摩擦，同时在垂直于焊接面的方向施加压力，界面压强为0.5kPa～5kPa，且温度保持在钎料熔点以上；
步骤四、停止泡沫铝间的相互滑动摩擦，将两块泡沫铝板的待焊接面对齐，再次加压，界面压强为2kPa～10kPa，保温1分钟～3分钟后自然冷却至室温，实现两块泡沫铝间可靠的冶金结合的钎焊界面。
本发明具有以下优点：一、本发明利用了泡沫铝泡壁凸凹不平的特点，在热和力存在的情况下，两个相对运动的泡沫铝间产生强烈的相互摩擦，从而去除泡沫铝表面的氧化膜，促进熔融钎料的润湿和铺展以及与泡沫铝泡壁铝母材的相互反应，最终利用钎焊实现泡沫铝间的连续致密的焊缝和可靠的冶金连接。热和压力的存在，泡沫铝间的自摩擦加速了氧化膜的破碎，减少了钎缝中的微裂纹，降低了应力集中，从而有利于提高接头的综合力学性能。泡沫铝间的相对运动，促进了钎料的铺展，有助于连续致密焊缝的形成。二、焊接过程不会造成泡壁的坍塌和孔隙率的降低，使泡沫铝自身的优势得以保留，且泡沫铝间的相互摩擦使得多余钎料的被挤出，使钎缝达到较佳间隙值，降低焊后整体重量，充分发挥泡沫铝轻质的优势。三、泡沫铝待焊接表面无须特殊清理，焊接周期短，高效，成本低，易于实现自动化。
附图说明
图1是具体实施方式一中的步骤一中利用棒状Zn-Al-Cu钎料在两块泡沫铝板的待焊接面上往复滑动的工艺状态图(图中1为棒状钎料，2为泡沫铝板)；图2是具体实施方式一中的步骤一中熔化的钎料均匀地涂覆在泡沫铝待焊表面的工艺状态图(图中3为涂覆钎料)；图3是具体实施方式一中的步骤三中可滑动卡具夹持的泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动和对焊接面施加垂直的压力的工艺状态图(图中4为可移动卡具，5为固定卡具)；图4是具体实施方式一中的步骤四中两块泡沫铝板的待焊接面对齐，并再次加压的工艺状态图；图5是两块泡沫铝间实现可靠的冶金结合的钎焊界面效果图(图中6为焊缝)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、将两块泡沫铝板分别装卡在焊接卡具上，将两块泡沫铝板整体进行加热至钎料熔点以上，即350℃～460℃之间，分别利用棒状Zn-Al-Cu钎料在两块泡沫铝板的待焊接面上往复滑动，见图1，使熔化的钎料均匀地涂覆在待焊表面，见图2；自然冷却至室温(20℃～25℃)；
步骤二、将其中一块已涂覆钎料的泡沫铝焊件装卡在固定卡具上，将另一块已涂覆钎料的泡沫铝焊件装卡在可滑动卡具上，并将两块泡沫铝涂覆钎料的端面对接，加热使两块泡沫铝板接触面的钎料达到熔化状态，见图3；
步骤三、钎料熔化后，将可滑动卡具夹持的泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动1次～10次，使泡沫铝间实现相互的摩擦，同时在垂直于焊接面的方向施加压力，界面压强为0.5kPa～5kPa，压力在上述范围内不会造成泡沫铝泡壁坍塌，且温度保持在钎料熔点以上；泡沫铝待焊接表面的氧化膜在热和力的作用下，利用泡沫铝间的相互摩擦得以去除，并促进了钎料的铺展；见图3；
步骤四、停止泡沫铝间的相互滑动摩擦，将两块泡沫铝板的待焊接面对齐，见图4，再次加压，界面压强为2kPa～10kPa，压力在上述范围内不会造成泡沫铝泡壁坍塌，保温1分钟～3分钟后自然冷却至室温(20℃～25℃)，实现两块泡沫铝间可靠的冶金结合的钎焊界面，见图5。
具体实施方式二：本实施方式的步骤一中对两块泡沫铝板整体进行加热的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或炉温，其加热温度为400℃～430℃之间。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的步骤二中对泡沫铝加热的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或炉温。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式的步骤四中对两块泡沫铝板施加压力时，压力应垂直于钎焊界面。其它步骤与具体实施方式一相同。

Claims (4)

1.一种利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将两块泡沫铝板分别装卡在焊接卡具上，将两块泡沫铝板整体进行加热至350℃～460℃之间，分别利用棒状Zn-Al-Cu钎料在两块泡沫铝板的待焊接面上往复滑动，使熔化的钎料均匀地涂覆在待焊表面，自然冷却至室温；
步骤二、将其中一块已涂覆钎料的泡沫铝焊件装卡在固定卡具上，将另一块已涂覆钎料的泡沫铝焊件装卡在可滑动卡具上，并将两块泡沫铝涂覆钎料的端面对接，加热使两块泡沫铝板接触面的钎料达到熔化状态；
步骤三、钎料熔化后，将可滑动卡具夹持的泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动1次～10次，使泡沫铝间实现相互的摩擦，同时在垂直于焊接面的方向施加压力，界面压强为0.5kPa～5kPa，且温度保持在钎料熔点以上；
步骤四、停止泡沫铝间的相互滑动摩擦，将两块泡沫铝板的待焊接面对齐，再次加压，界面压强为2kPa～10kPa，保温1分钟～3分钟后自然冷却至室温，实现两块泡沫铝间可靠的冶金结合的钎焊界面。
2.根据权利要求1所述利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法，其特征在于：步骤一中对两块泡沫铝板整体进行加热的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或炉温。
3.根据权利要求1或2所述利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法，其特征在于：步骤二中对泡沫铝加热的方式采用丙烷火焰、氧乙炔焰或炉温。
4.根据权利要求1所述利用泡壁自摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝的方法，其特征在于：步骤四中对两块泡沫铝板施加压力时，压力应垂直于钎焊界面。
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