CN105562862A - 铝蜂窝板中温自反应钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝蜂窝板的中温自反应钎焊方法，该钎焊方法不使用合金钎料且不采用气体保护或真空保护，利用自制夹具将喷涂了自反应钎剂的铝蜂窝芯条及铝合金面板装配固定为铝蜂窝板结构，然后在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min进行钎焊，获得连接良好的铝蜂窝板。有益效果是该方法成功地在中温段实现了铝蜂窝板的冶金连接，避免了钎焊温度过高造成的母材过烧及钎料溶蚀等问题，且摆脱了胶粘剂性能对铝蜂窝板的限制，为日后中温钎焊铝蜂窝板工艺的广泛应用奠定了基础。

Description

铝蜂窝板中温自反应钎焊方法

技术领域

本发明涉及不添加合金钎料的铝合金的中温自反应钎焊方法，特别是涉及一种铝蜂窝板中温自反应钎焊方法。

背景技术

铝蜂窝板具有密度小，刚性大，稳定性好的特点，同时具有良好的隔音隔热性能，在航空航天、交通运输和建筑装饰等领域有广泛的应用。传统铝蜂窝结构普遍采用有机胶体粘接工艺，接头处只能形成物理结合，使铝蜂窝结构的性能普遍受制于胶粘剂，其应用领域、工作环境和使用寿命等也受到限制；而铝合金钎焊则可以在接头处形成冶金结合，且变形小、精度高，接头的性能也优于胶粘接头。而现有的制备铝蜂窝板的钎焊工艺温度接近600℃，超过了大多数铝合金的过烧温度，而且会造成钎料溶蚀母材、母材严重软化等问题，此外，钎焊时需采用炉中气氛保护或真空钎焊，钎焊成本较高。因此，寻找钎焊制备铝蜂窝板的新方法已经是一个亟需解决的问题。

其中，本发明中使用的自反应钎剂是参照专利《一种适合薄板铝及铝合金自钎剂材料》制备，专利号为201310513918.1。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种铝蜂窝板中温自反应钎焊方法，可以在不使用合金钎料的情况下，在570℃实现铝蜂窝板的钎焊连接，解决了胶粘铝蜂窝板胶粘开裂以及现有钎焊铝蜂窝板钎焊温度过高、钎料溶蚀母材等问题。

本发明采用的技术方案是提供一种铝蜂窝板中温自反应钎焊方法，该方法是在不使用合金钎料且不采用气体保护或真空保护情况下，利用夹具将喷涂了自反应钎剂的铝蜂窝芯条及铝合金面板装配固定为铝蜂窝板，然后在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min，进行钎焊连接，待炉温降至400℃后取出于空气中自然冷却，得到连接良好的铝蜂窝板；该方法包括有以下步骤：

1)制作铝蜂窝芯夹具，将不锈钢板加工成四根框条，并在每框条两端各开一个螺纹孔，利用螺栓螺母将四根框条首尾连接固定为方形，即为铝蜂窝芯夹具，铝蜂窝芯夹具中心即可装配固定铝蜂窝芯，夹具具体尺寸根据铝蜂窝芯尺寸设计确定。

2)制作铝蜂窝板夹具，将不锈钢板加工为两个夹具面板，并在每个夹具面板四角开螺纹孔，同时利用螺栓螺母连接即可将铝蜂窝板结构固定在两个夹具面板之间，夹具面板具体尺寸根据铝蜂窝板尺寸设计确定。

3)按照预定的正六边形蜂窝格子尺寸，将不锈钢板材加工为相啮合的两个齿条，两齿条为上下半正六边形波纹条状齿部，再利用所述齿条将铝箔冲压成预定尺寸的半正六边形波纹条，并裁剪为预定长度的半正六边形波纹条，并将铝板按预定尺寸加工为铝合金面板。

4)将上述裁剪后的半正六边形波纹条及铝合金面板打磨，然后进行碱洗和酸洗，最后用酒精冲洗，自然晾干备用。

5)将上述清洗后的半正六边形波纹条放入步骤1)所述的铝蜂窝芯夹具中装配成正六边形铝蜂窝芯结构，并保证铝蜂窝芯结构中每一个蜂窝格子连接处两侧的半正六边形蜂窝铝箔贴合紧密。

6)用酒精将自反应钎剂调和为悬浊液，均匀喷涂在上述装配好的铝蜂窝芯结构的钎焊接头处及清洗后的铝合金面板上。

7)将上述均匀喷涂钎剂后的铝蜂窝芯与铝合金面板利用步骤2)所述的铝蜂窝板夹具装配固定为铝蜂窝板结构。

8)将上述装配固定好的带夹具的铝蜂窝板结构放在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min进行钎焊，待炉温降至400℃左右时取出于空气中自然冷却，并拆卸掉铝蜂窝板和铝蜂窝芯夹具，得到中温自反应钎焊的铝蜂窝板。

本发明的有益效果是：

1)该工艺可以实现铝蜂窝板接头的冶金结合，克服了胶粘剂对蜂窝板性能的制约，其抗拉强度、耐高温老化等性能有了明显的提高。经检测，实施例1中的铝蜂窝板接头拉伸强度在90-110Mpa左右，且铝蜂窝芯接头在200℃老化36h后拉伸强度无明显下降，铝蜂窝板接头经3％NaCl溶液浸泡一个月后接头强度无明显下降，其性能明显优于胶粘铝蜂窝结构，可在航空航天、交通运输等领域有更大范围的应用。

2)该方法可以在中温段对铝蜂窝板接头实现钎焊连接，低于采用NOCOLOK钎剂的钎焊温度，可防止母材过烧等情况。

3)该方法不使用合金钎料，避免了母材溶蚀和钎料预置困难等问题，而且不采用气体保护及真空钎焊等复杂钎焊工艺，可以降低对钎焊设备、钎焊工艺操作经验等的要求，在实际生产中更容易实现。

附图说明

图1为利用齿条冲压半六边形波纹条铝箔的图片；

图2为本发明利用夹具装配铝蜂窝芯结构的图片；

图3为本发明利用夹具装配铝蜂窝板结构的图片；

图4为本发明钎焊后连接良好的铝蜂窝板。

图中：

1、上齿条2、半正六边形波纹条铝箔3、下齿条

4、铝蜂窝芯夹具固定用螺栓5、铝蜂窝芯夹具固定用螺母

6、铝蜂窝芯夹具框条7、铝蜂窝板夹具固定用螺栓

8、铝蜂窝板夹具固定用螺母9、铝蜂窝板夹具的上板

10、铝蜂窝板上面板11、铝蜂窝芯夹具12、铝蜂窝板芯子

13、铝蜂窝板夹具的下板14、铝蜂窝板下面板

具体实施方式

下面结合附图对本发明的铝蜂窝板中温自反应钎焊方法进一步说明。

本发明涉及的一种铝蜂窝板中温自反应钎焊方法是利用自反应钎剂(在CsF-AlF₃共晶钎剂中，添加ZnCl₂和SnCl₂作为界面连接金属的来源，湿法合成制备自反应钎剂)在570℃实现铝蜂窝板的钎焊连接。在钎焊过程中，钎剂中的活化物质与母材Al发生置换反应生成液态金属Zn和Sn，随后与母材相互扩散溶解实现接头连接。因此，利用钎剂中的ZnCl₂和SnCl₂两种界面活化物质，可在不添加钎料的情况下在钎焊接头处形成冶金结合，操作简单且钎焊温度较低，适用范围将更加广泛。

本发明的铝蜂窝板中温自反应钎焊方法是在不使用合金钎料且不采用气体保护或真空保护情况下，利用夹具将喷涂了自反应钎剂的铝蜂窝芯条及铝合金面板装配固定为铝蜂窝板，然后在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min，进行钎焊连接，待炉温降至400℃后取出于空气中自然冷却，得到连接良好的铝蜂窝板；该方法包括有以下步骤：

1)制作铝蜂窝芯夹具，将不锈钢板加工成图2中铝蜂窝芯夹具框条6所示的框条四根，并在每框条两端各开一个螺纹孔，利用图2中铝蜂窝芯夹具固定用螺栓4、铝蜂窝芯夹具固定用螺母5将四根框条首尾连接固定为方形，即为铝蜂窝芯夹具，铝蜂窝芯夹具中心即可装配固定铝蜂窝芯，夹具具体尺寸根据铝蜂窝芯尺寸设计确定。

2)制作铝蜂窝板夹具，将不锈钢板加工为图3中铝蜂窝板夹具的上板9、铝蜂窝板夹具的下板13两个面板，并在每个面板四角开螺纹孔，同时利用图3中铝蜂窝板夹具固定用螺栓7、铝蜂窝板夹具固定用螺母8连接即可将铝蜂窝板结构固定在铝蜂窝板夹具的上板9、铝蜂窝板夹具的下板13两个夹具面板之间，夹具面板具体尺寸根据铝蜂窝板尺寸设计确定。

3)按照预定的正六边形蜂窝格子尺寸，将不锈钢板材加工为相啮合的两个齿条，上齿条1和下齿条3均为上下半正六边形波纹条状齿部，再利用图1中上齿条1和下齿条3将铝箔冲压成预定尺寸的半正六边形波纹条，并裁剪为预定长度的半正六边形波纹条，即如图1中半六边形波纹条铝箔2所示的半正六边形波纹条，并将铝板按预定尺寸加工为铝合金面板，如图3中铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14所示。

4)将上述裁剪后的半正六边形波纹条铝箔2及铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14打磨，然后进行碱洗和酸洗，最后用酒精冲洗，自然晾干备用。

5)将上述清洗后的半正六边形波纹条铝箔2放入步骤1)所述的铝蜂窝芯夹具中装配成正六边形铝蜂窝芯结构，并保证铝蜂窝芯结构中每一个蜂窝格子连接处两侧的半正六边形蜂窝铝箔贴合紧密，装配固定后的结构如图2所示。

6)用酒精将自反应钎剂调和为悬浊液，均匀喷涂在上述装配好的铝蜂窝芯结构的钎焊接头处及清洗后的铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14上。

7)将上述均匀喷涂钎剂后的铝蜂窝芯与铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14利用步骤2)所述的铝蜂窝板夹具装配固定为铝蜂窝板结构，装配固定后的结构如图3所示。

8)将上述装配固定好的图3中的带夹具的铝蜂窝板结构放在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min进行钎焊，待炉温降至400℃左右时取出于空气中自然冷却，并拆卸掉铝蜂窝板和铝蜂窝芯夹具，得到中温自反应钎焊的铝蜂窝板，如图4所示。

实施例1：

钎焊制备以1mm厚3003铝合金为面板，0.2mm厚复合铝箔(芯材为3003铝合金、包覆层为4045铝合金)为蜂窝芯的铝蜂窝板。

1)制作铝蜂窝芯夹具，将不锈钢板加工成四根框条，如图2中铝蜂窝芯夹具框条6所示，框条长宽厚为：90mm×8mm×6mm，并在每框条两端各开一个M2的螺纹孔，两螺纹孔之间距离76mm，以保证夹具中心可固定装配的铝蜂窝芯尺寸为68mm×68mm。利用图2中铝蜂窝芯夹具固定用螺栓4、铝蜂窝芯夹具固定用螺母5将四根框条依次首尾连接固定，即组装成为铝蜂窝芯夹具。

2)制作铝蜂窝板夹具，将不锈钢板加工为图3中铝蜂窝板夹具的上板9、铝蜂窝板夹具的下板13所示两个夹具面板，面板长宽厚为104mm×70mm×2mm，并在每个面板的四角各开一个M4的螺纹孔，螺纹孔中心距夹具面板长宽边分别为15mm、5mm，同时上下面板中间各开四个通孔，便于焊接过程中传热。利用铝蜂窝板夹具固定用螺栓7、铝蜂窝板夹具固定用螺母8连接即可将铝蜂窝板结构装配固定在两个铝蜂窝板夹具面板之间。

3)按照预定的正六边形蜂窝格子尺寸，将不锈钢板材加工为相啮合的两个齿条，两齿条为上下半正六边形波纹条状齿部，即图1中上齿条1和下齿条3，再利用所述齿条将铝箔冲压成预定尺寸的半正六边形波纹条，并裁剪为预定长度的半正六边形波纹条，如图1中半六边形波纹条铝箔2所示的半正六边形波纹条，其中六边形边长为6mm；并将3003铝合金面板加工成尺寸为68mm×68mm的铝合金面板，如铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14所示。

4)将上述的半六边形波纹条铝箔2及铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14进行清洗处理：用400#水磨砂纸打磨半六边形波纹条端面及铝合金面板两面，保证半六边形波纹条端面及铝合金面板平整度；然后用15％的NaOH溶液清洗半六边形波纹条及铝合金面板表面，碱洗时间为15s，之后用清水冲洗；再用15％的硝酸酒精溶液清洗半六边形波纹条及铝合金面板，以中和掉表面残留的碱液；最后，用酒精将其表面冲洗干净，自然晾干备用。

5)将上述清洗后的半六边形波纹条铝箔2放入步骤1)中所述的铝蜂窝芯夹具中装配成铝蜂窝芯结构，装配时要保证铝蜂窝芯结构中每一个蜂窝格子连接处两侧的铝箔贴合紧密，装配固定后结构如图2所示。

6)用酒精将自反应钎剂(在CsF-AlF₃共晶钎剂中，添加ZnCl₂和SnCl₂作为界面连接金属的来源，湿法合成制备自反应钎剂)调和为悬浊液，均匀的喷涂在上述铝蜂窝芯接头部位及清洗后的铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14两面上。

7)将上述均匀喷涂了钎剂的铝蜂窝芯结构及铝蜂窝板上面板10、铝蜂窝板下面板14利用步骤2)中所述的铝蜂窝板夹具装配固定为铝蜂窝板结构，装配固定后结构如图3所示。

8)将上述如图3所示带夹具的铝蜂窝板结构放在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min进行钎焊，待炉温降至400℃后取出于空气中自然冷却，得到钎焊铝蜂窝板，如图4所示，其接头的拉伸强度为90-110Mpa。

实施例2：钎焊制备以1.5mm厚复合钎焊板，芯材为3003铝合金、包覆层为4043铝合金为面板，0.15mm厚复1060铝箔为蜂窝芯的铝蜂窝板。具体制备过程同实施例1。

Claims (1)

1.一种铝蜂窝板中温自反应钎焊方法，该方法是在不使用合金钎料且不采用气体保护或真空保护情况下，利用夹具将喷涂了自反应钎剂的铝蜂窝芯条及铝合金面板装配固定为铝蜂窝板，然后在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min，进行钎焊连接，待炉温降至400℃后取出于空气中自然冷却，得到连接良好的铝蜂窝板；该方法包括有以下步骤：

1)制作铝蜂窝芯夹具，将不锈钢板加工成四根框条，并在每框条两端各开一个螺纹孔，利用螺栓螺母将四根框条首尾连接固定为方形，即为铝蜂窝芯夹具，铝蜂窝芯夹具中心即可装配固定铝蜂窝芯，夹具具体尺寸根据铝蜂窝芯尺寸设计确定；

2)制作铝蜂窝板夹具，将不锈钢板加工为两个夹具面板，并在每个夹具面板四角开螺纹孔，同时利用螺栓螺母连接即可将铝蜂窝板结构固定在两个夹具面板之间，夹具面板具体尺寸根据铝蜂窝板尺寸设计确定；

3)按照预定的正六边形蜂窝格子尺寸，将不锈钢板材加工为相啮合的两个齿条，两齿条为上下半正六边形波纹条状齿部，再利用所述齿条将铝箔冲压成预定尺寸的半正六边形波纹条，并裁剪为预定长度的半正六边形波纹条，并将铝板按预定尺寸加工为铝合金面板；

4)将上述裁剪后的半正六边形波纹条及铝合金面板打磨，然后进行碱洗和酸洗，最后用酒精冲洗，自然晾干备用；

5)将上述清洗后的半正六边形波纹条放入步骤1)所述的铝蜂窝芯夹具中装配成正六边形铝蜂窝芯结构，并保证铝蜂窝芯结构中每一个蜂窝格子连接处两侧的半正六边形蜂窝铝箔贴合紧密；

6)用酒精将自反应钎剂调和为悬浊液，均匀喷涂在上述装配好的铝蜂窝芯结构的钎焊接头处及清洗后的铝合金面板上；

7)将上述均匀喷涂钎剂后的铝蜂窝芯与铝合金面板利用步骤2)所述的铝蜂窝板夹具装配固定为铝蜂窝板结构；

8)将上述装配固定好的带夹具的铝蜂窝板结构放在已加热至570℃的箱式气氛炉中保温30min进行钎焊，待炉温降至400℃左右时取出于空气中自然冷却，并拆卸掉铝蜂窝板和铝蜂窝芯夹具，得到中温自反应钎焊的铝蜂窝板。