CN104289783A - 一种适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺及其硬钎焊连通器 - Google Patents

一种适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺及其硬钎焊连通器 Download PDF

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Abstract

本发明属于焊接技术，具体公开了一种适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺及其硬钎焊连通器。对铝件进行清洁处理；对不锈钢件表面行镀镍处理，将工艺芯与铝环的组合半成品进行底部密封；再钢环压入由工艺芯和铝环构成的环形间隙，然后填加钎料和钎剂，入坩埚炉进行钎焊。使用了工艺芯结构，通过工艺芯进行了钢环和铝环的装配，形成类似连通器的结构，从而实现钢/铝异种金属的硬钎焊；通过在工艺芯中设计排气排渣孔，使得焊接过程产生的气体和焊渣得以有效排除，保证了焊接质量；表面碱洗处理与不锈钢表面镀镍处理作为表面处理工序，有效控制了零件表面氧化膜对焊接过程的不利影响。

Description

一种适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺及其硬钎焊连通器
技术领域
本发明属于焊接技术，具体涉及一种异种金属钎焊硬钎焊工艺以及装置。 
背景技术
钢/铝异性焊接结构在航空航天、交通运输、国防等工业部门有着重要应用，但二者的连接问题一直焊接领域的技术难点。Fe和Al既可以形成固溶体、金属间化合物，又可以形成共晶体。Fe在固态铝中的溶解度极小，室温下Fe几乎不溶于铝，含微量Fe的铝合金在冷却过程中会产生金属间化合物FeA13，随着含钢量的增加，相继会出现Fe2A15、FeAl2、Fe2Al7和FeAl等脆性相。Fe-Al金属间化合物的硬度大约在600～1100HV，导致结合区呈脆性。一直以来，国内外在钢/铝异种金属连接领域进行了大量研究工作，并实现了在汽车等非密封结构上的工程应用。在钢/铝异种金属密封结构焊接方面，国内有学者采用软钎焊方法实现了工程应用，但在硬钎焊方面尚未见研究成果，使得形成的产品在使用范围和性能都受到一定限制。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺及其硬钎焊连通器，实现钢/铝异种金属密封结构硬钎焊连接，从而扩大产品的使用范围，提高产品性能。 
本发明的技术方案如下： 
一种适用于钢/铝异种金属的硬钎焊工艺，该方法包括如下步骤： 
1）对铝件同时进行除油、除氧化膜处理； 
2）不锈钢件表面行镀镍处理，镀层厚度为3μm-50μm； 
3）将坩埚炉升到设定炉温，设定炉温介于600℃～1000℃之间； 
4）将工艺芯装入铝环； 
5）将工艺芯与铝环的组合半成品底部进行铆接或熔焊连接，实现底部密封； 
6）将钢环压入由工艺芯和铝环构成的环形间隙； 
7）在铝环的环台上表面填加钎料； 
8）在钎料表面填加钎剂，以覆盖钎料表面； 
9）将经过步骤8）处理之后的产品入坩埚炉进行钎焊，直至钎料完全熔融后出炉； 
10）水洗钎焊件，水温为室温； 
11）沸水煮钎焊件，时间20分钟～60分钟； 
在上述一种适用于钢/铝异种金属的硬钎焊工艺中：所述的步骤7）中的钎料用量为3倍～4倍的钢环和铝环之间钎缝空间的体积。 
在上述一种适用于钢/铝异种金属的硬钎焊工艺中：所述的步骤9）中的坩埚炉加热功率选择为1KW～100KW。 
一种用于上述的适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺中的硬钎焊连通器，它包括铝环和设在铝环内的钢环，还包括位于钢环内的工艺芯，所述的工艺芯与上述铝环的底部齐平；所述的工艺芯上下表面分别加工有沉孔，上方的沉孔底部在圆周方向上均匀设有若干竖直的排气排渣孔，工艺芯侧壁上设有若干水平的排气排渣孔，上述竖直的排气排渣孔与水平的排气排渣孔数目相同，且一一对应，每组对应相通。 
在上述的硬钎焊连通器，所述的工艺芯外壁设有两个圈槽，所述的钢环内加工有环台，所述的铝环外部下端设有法兰，铝环内设有阶梯状的通孔。 
本发明的显著效果在于：本发明的硬钎焊工艺由于使用了工艺芯结构，通 过工艺芯进行了钢环和铝环的装配，形成类似连通器的结构，从而实现钢/铝异种金属的硬钎焊；进一步的，通过在工艺芯中设计排气排渣孔，使得焊接过程产生的气体和焊渣得以有效排除，保证了焊接质量；另外，将铝件（铝环、工艺芯、钎料）表面碱洗处理与不锈钢表面镀镍处理统一在一起，作为铝合金/不锈钢异种金属硬钎焊前的表面处理工序，有效控制了零件表面氧化膜对焊接过程的不利影响，并在铝合金与不锈钢之间形成了镍层，通过镍层的作用降低了后续钎焊过程中液态铝合金在钢件表面的表面张力，促进了钎料润湿铺展，保证钎焊过程顺利进行；使用普通工业坩埚炉设备，预设炉温高于钎焊温度，钎焊过程处于升温状态，钎焊时间较短，有效控制了Al-Fe二元金属间化合物的生长；钎焊后采用沸水反复清洗的除多余物方法，有效解决了钎剂残余问题，保证了钎缝质量不受残余钎剂的腐蚀性影响。 
本发明的硬钎焊连通器由于设计了工艺芯结构，通过工艺芯进行了钢环和铝环的装配，形成类似连通器的结构，从而适用于上述的硬钎焊工艺，工艺芯中设计排气排渣孔，使得焊接过程产生的气体和焊渣得以有效排除，保证了上述硬焊接的质量。 
附图说明
图1为铝环示意图； 
图2为工艺芯示意图； 
图3为钢环示意图； 
图4为连通器示意图； 
图中：1.铝环；2.钢环；3.工艺芯；4.法兰；5.通孔；6.竖直的排气排渣孔；7.水平的排气排渣孔；8.圈槽；9.环台。 
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。 
一种适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺，通过下述两种实施例。 
实例1：Ф47mm内径规格1Cr18Ni9Ti/6A02导管结构钎焊 
1）对铝环、工艺芯和钎料常规铝合金表面清洗方法进行除油、除氧化膜； 
2）对不锈钢表面需进行镀镍处理，镀层厚度为20μm； 
3）钎焊前提前将坩埚炉升到设定炉温，设定炉温660℃； 
4）将工艺芯装入铝环； 
5）将工艺芯与铝环的组合半成品底部进行铆接，实现底部密封； 
6）将钢环压入由工艺芯和铝环构成的环形间隙，通过对称四点测量工艺芯的上表面至钢环内环台的上表面的高度差，保证安装后的高度差为0.3mm； 
7）在铝环的环台上表面码放钎料，钎料用量为3.5倍的钢环和铝环之间钎缝空间的体积； 
8）在钎料表面覆盖一层钎剂，覆盖钎料表面； 
9）将经过步骤8）处理之后的产品入坩埚炉进行钎焊，直至钎料完全熔融后出炉；所述的坩埚炉加热功率选择为6KW； 
10）水洗钎焊件，水温为室温； 
11）沸水煮钎焊件，时间20分钟。 
实例2：Ф220mm内径规格1Cr18Ni9Ti/6A02导管结构钎焊 
1）对铝环、工艺芯和钎料常规铝合金表面清洗方法进行除油、除氧化膜； 
2）对不锈钢表面需进行镀镍处理，厚度30μm； 
3）钎焊前提前将坩埚炉升到设定炉温，设定炉温720℃； 
4）将工艺芯装入铝环； 
5）将工艺芯与铝环的组合半成品底部进行铆接，实现底部密封； 
6）将钢环压入由工艺芯和铝环构成的环形间隙，通过对称四点测量工艺芯 的上表面至钢环内环台的上表面的高度差，保证安装后的高度差为0.3mm； 
7）在铝环的环台上表面码放钎料，钎料用量为3.5倍的钢环和铝环之间钎缝空间的体积； 
8）在钎料表面覆盖一层钎剂，覆盖钎料表面； 
9）将经过步骤8）处理之后的产品入坩埚炉进行钎焊，直至钎料完全熔融后出炉；所述的坩埚炉加热功率选择为40KW； 
10）水洗钎焊件，水温为室温； 
11）沸水煮钎焊件，时间20分钟。 
一种在上述工艺中应用的硬钎焊连通器，如图1所示，所述的铝环1外部下端加工有法兰4，铝环1内加工有阶梯状的通孔5； 
如图2所示，所述的工艺芯3上下表面分别加工有沉孔，上方的沉孔底部在圆周方向上均匀加工有若干个竖直的排气排渣孔6，同时在工艺芯3侧壁上加工与上述的竖直排气排渣孔6个数相同的水平的排气排渣孔7。并且每个水平排气排渣孔7和对应的竖直排气排渣孔6相连通。所述工艺芯3外壁还加工两个圈槽8，分别用于与钢环2以及铝环1装配。 
如图3所示，钢环2内加工有环台9，环台9与上述工艺芯3外壁的圈槽8相配合，实现工艺芯3与钢环2的装配。 
如图4所示，铝环1与工艺芯3底部齐平，由于在工艺芯3外壁加工有圈槽8，通过其与铝环1内部的阶梯状的通孔5相配合，实现铝环1与工艺芯3的轴向定位安装。钢环2安装在铝环1内部的阶梯状的通孔5内，并且钢环2内的环台9与工艺芯3外壁的圈槽8相配合，实现工艺芯3与钢环2的装配。竖直排气排渣孔6与水平排气排渣孔7一一对应，并且每组对应相通，使得焊接过程产生的气体和焊渣得以有效排除。 

Claims (5)

1.一种适用于钢/铝异种金属的硬钎焊工艺，其特征在于，该方法包括如下步骤： 
1）对铝件同时进行除油、除氧化膜处理； 
2）不锈钢件表面行镀镍处理，镀层厚度为3μm-50μm； 
3）将坩埚炉升到设定炉温，设定炉温介于600℃～1000℃之间； 
4）将工艺芯装入铝环； 
5）将工艺芯与铝环的组合半成品底部进行铆接或熔焊连接，实现底部密封； 
6）将钢环压入由工艺芯和铝环构成的环形间隙； 
7）在铝环的环台上表面填加钎料， 
8）在钎料表面填加钎剂，以覆盖钎料表面； 
9）将经过步骤8）处理之后的产品入坩埚炉进行钎焊，直至钎料完全熔融后出炉； 
10）水洗钎焊件，水温为室温； 
11）沸水煮钎焊件，时间20分钟～60分钟。 
2.如权利要求1所述的一种适用于钢/铝异种金属的硬钎焊工艺，其特征在于：所述的步骤7）中的钎料用量为3倍～4倍的钢环和铝环之间钎缝空间的体积。 
3.如权利要求1所述的一种适用于钢/铝异种金属的硬钎焊工艺，其特征在于：所述的步骤9）中的坩埚炉加热功率选择为1KW～100KW。 
4.一种用于上述的适用于钢铝异种金属的硬钎焊工艺中的硬钎焊连通器，其特征在于：它包括铝环（1）和设在铝环（1）内的钢环（2），还包括位于钢环（2）内的工艺芯（3），所述的工艺芯（3）与上述铝环（1）的底部齐平；所述的工艺芯（3）上下表面分别加工有沉孔，上方的沉孔底部在圆周方向上均匀 设有若干竖直的排气排渣孔（6），工艺芯（3）侧壁上设有若干水平的排气排渣孔（7），上述竖直的排气排渣孔（6）与水平的排气排渣孔（7）数目相同，且一一对应，每组对应相通。 
5.如权利要求4所述的硬钎焊连通器，其特征在于：所述的工艺芯（3）外壁设有两个圈槽（8），所述的钢环（2）内加工有环台（9），所述的铝环（1）外部下端设有法兰（4），铝环（1）内设有阶梯状的通孔（5）。 
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