CN110756939A - 6061铝合金真空钎焊加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种6061铝合金真空钎焊加工工艺。将4004铝合金钎焊料放置在6061铝合金工件钎焊面上，将工件放入钎焊炉内，钎焊炉点火，将炉内温度加热至400℃，然后在400℃温度下保温0.5h，保温处理后再将炉内温度加热至565℃，然后在565℃温度下保温0.5h，保温处理后再将炉内温度加热至590℃，然后在590℃温度下保温1h，钎焊完成后，工件在炉内自然冷却至室温；将钎焊后的工件加热2h至525±5℃，在此温度下保温1.5h，然后将工件取出放入35℃‑40℃的清水中冷却至室温，然后将工件放入恒温试验箱进行人工时效，工件加热至170℃并保温8h，然后在空气中自然冷却。工件抗拉强度高，能满足航空电子设备机箱的强度使用要求。

Description

6061铝合金真空钎焊加工工艺
技术领域：
本发明属于铝合金真空钎焊生产技术领域，特别涉及一种6061铝合金真空钎焊加工工艺。
背景技术：
真空钎焊是在真空环境下，不需要使用钎剂，利用毛细作用将钎料填满于母材间隙之间的高质量焊接方式。其具有焊接变形小，外观质量高、结构简单、加工效率高、环保等优点，广泛应用于航天、航空等行业，是航空电子系统机载设备铝合金机箱的常用加工方式。
上世纪70年代，国外已经开始研究铝合金的真空钎焊。现阶段，美、英、日已经处于高质量批量生产的阶段，而我国真空钎焊起步晚，主要用于火箭发动机和航空发动机等不锈钢及高温合金的钎焊，随着航空电子设备轻量化需求，铝合金越来越多的用于机载设备机箱。6061铝合金属于可热处理强化合金，具有较好的可成形性、可焊接性及可切削性能，耐腐蚀和中等强度，广泛应用于机载设备。现阶段对机箱类产品主要采用线切割方式加工机箱腔体，该加工方式不但效率低而且还浪费材料，因此需要对6061铝合金真空钎焊加工工艺进行研究，改进机箱产品加工效率。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种6061铝合金真空钎焊加工工艺，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种6061铝合金真空钎焊加工工艺，其步骤为：
(1)钎焊料选择：钎焊料的主成分与6061铝合金主成分一致，钎焊料的液相线温度低于6061铝合金固相线温度，钎焊料的固相线与液相线间的温度差在40℃以内，钎焊料中存在与6061铝合金液态互溶的成分；
(2)焊前清洗：将6061铝合金工件放入60℃的浓度5％的NaOH溶液中浸泡10-15s，然后将工件放入清水中清洗，再将工件放入体积比为的溶液中浸泡1-2m，然后将工件放入常温清水中清洗，再将工件放入60℃的清水中清洗，然后将工件放入100℃的烘箱中烘干，取出工件用干净的纸张包好等待焊接；
(3)钎焊：钎焊前，用丙酮将6061铝合金工件焊接面擦拭，然后将钎焊料放置在钎焊面上，将工件放入钎焊炉内，钎焊炉点火，将炉内温度加热至400℃，然后在400℃温度下保温0.5h，保温处理后再将炉内温度加热至565℃，然后在565℃温度下保温0.5h，保温处理后再将炉内温度加热至590℃，然后在590℃温度下保温1h，钎焊完成后，工件在炉内自然冷却至室温；
(4)焊后热处理：将钎焊后的工件加热2h至525±5℃，在此温度下保温1.5h，然后将工件取出放入35℃-40℃的清水中冷却至室温，然后将工件放入恒温试验箱进行人工时效，工件加热至170℃并保温8h，然后在空气中自然冷却，热处理完成。
优选地，技术方案中，钎焊料选择4004铝合金。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过采用4004铝合金焊料，6061铝合金真空钎焊后焊缝抗拉强度达到126MPa，热处理强化后焊缝的抗拉强度达到母材的70％左右，能满足航空电子设备机箱的强度使用要求，同时采用该真空钎焊工艺焊接得到的机箱，其焊缝质量与尺寸均能满足机箱使用要求。
附图说明：
图1为机箱结构示意图；
图2为焊缝渗透检验实物图。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
6061铝合金的化学成分表入表1所示：
表1 6061铝合金化学成分(质量分数/％)
Figure BDA0002220177450000031
真空钎焊的焊接温度需低于母材的固相线温度，但又要高于钎料的液相线温度，该温度可以使母材不熔化的状态完成焊接，这样对母材的影响比较小，结构变形也相对较小。6061铝合金固相线温度为582℃～595℃，液相线温度635℃～652℃，理论上焊接温度不超过593℃，但为了防止母材过烧，要尽量降低焊接温度，因此需要选择合适的钎料进行6061铝合金真空钎焊。
钎焊料的选择对零件焊接成败致关重要，钎焊料的选择有如下几个原则：尽量选择钎焊料的主成分与母材主成分一致的钎料。钎焊料的液相线温度要低于母材固相线温度。钎焊料的熔化区间，即该钎焊料的固相线与液相线之温度差要尽量小，否则将引起工艺上的困难。温度差过大还易引起熔析。钎焊料中的某一重要组元能与母材产生液态互溶，从而能形成牢固的结合。钎焊料的主要主成分与母材主成分在元素周期表中的位置尽量靠近，这样的钎焊料引起的电化学腐蚀较小，焊接接头的抗腐蚀性好。钎焊料具有良好的成形加工性能，能加工成丝、棒、片、箔、粉等型材。依据上述原则，4004铝合金钎焊料适合于6061铝合金真空钎焊。
表2 4004钎料成分(％)及液相线温度(℃)
Figure BDA0002220177450000041
被钎焊的工件必须仔细去除表面的各种污物、油污、氧化层，否则不能获得良好的焊缝和较高的焊接强度。
将工件放在浓度5％的NaOH的60℃左右的溶液中浸泡10-15s，将工件放入清水容器中清洗，将工件放入体积比为65％的硝酸溶液：水(2：8)的溶液中浸泡1-2分钟，将工件放入清水容器中清洗，放入60℃左右的清水中清洗，将工件放入100℃的烘箱中烘干，用干净的纸张包装好防止再次污染，24小时内进行钎焊。钎焊时焊接面用丙酮擦拭一遍。
根据6061铝合金和钎料焊接温度特性，同时为防止焊接过程温度变化过快导致母材变形，采用阶梯加热方式，分阶段加热至焊接温度。采用以下二种可行的焊接温度工艺参数，焊接温度如表3所示。
表3钎焊加温工艺参数
升温℃ 保温℃ 升温℃ 保温℃ 升温℃ 保温℃ 冷却
参数1 室温至400 400 至565 565 至586 586 随炉
参数2 室温至400 400 至565 565 至590 590 随炉
6061铝合金经过真空钎焊之后，其抗拉强度存在一定程度的减弱，减弱为母材的39％，难以满足实际使用要求，因此需要进行热处理强化，使其抗拉强度满足使用要求。
将试件进行加热2小时至525±5℃，保温1.5小时，将试件取出放入35℃-40℃的水中进行冷却至室温，将试件放入恒温试验箱进行人工时效(加温至170℃保温8小时，之后空气中冷却)。
采用不同的钎焊工艺对其进行钎焊，每一次试验焊接三块试验件，焊接结束后测试其抗拉强度。试验件真空钎焊试验结果如表4所示，其中钎料1为厚度为0.1mm的4004钎料，钎料2为厚度0.15mm的4004钎料，钎料3为434复合钎料。
表4真空钎焊试验结果
通过试验结果可以看出试验4所使用的钎料与温度曲线焊接的焊缝抗拉强度最大，平均抗拉强度为126MPa。因此，对6061铝合金可采用4004钎料，使用加热参数2进行真空钎焊。
对试验4所采用的钎焊工艺焊接得到的试验件进行热处理强化，三个试验件焊缝的抗拉强度分别为209MPa、202MPa、205MPa，平均抗拉强度为205.3MPa，能达到母材抗拉强度的70％左右(6061-T6抗拉强度为295MPa)，能满足实际使用要求。
实施例2
对如图1所示的长方体机箱进行真空钎焊试验。对焊件表面进行碱、酸清洗，使用4004复合钎料和温度参数2对该机箱进行真空钎焊，焊接完成进行热处理强化。焊接完成后，检查其能否满足设计要求，对焊缝质量进行检查，及机箱外形尺寸进行测量。
真空钎焊及热处理强化完成后，焊缝渗透检验结果如图2所示，从图中可以看出焊接所得到的4条焊缝均无渗透现场，满足设计要求。
机箱外形尺寸测量结果如表5所示，可以看出真空钎焊后及热处理之后机箱的外形尺寸满足设计要求无超差发生。
表5机箱外形尺寸测量结果(mm)
Figure BDA0002220177450000061
本发明工艺能满足航空电子设备机箱的强度使用要求，同时采用该真空钎焊工艺焊接得到的机箱，其焊缝质量与尺寸均能满足机箱使用要求。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (2)

1.一种6061铝合金真空钎焊加工工艺，其步骤为：(1)钎焊料选择：钎焊料的主成分与6061铝合金主成分一致，钎焊料的液相线温度低于6061铝合金固相线温度，钎焊料的固相线与液相线间的温度差在40℃以内，钎焊料中存在与6061铝合金液态互溶的成分；
(2)焊前清洗：将6061铝合金工件放入60℃的浓度5％的NaOH溶液中浸泡10-15s，然后将工件放入清水中清洗，再将工件放入体积比为
Figure FDA0002220177440000011
的溶液中浸泡1-2m，然后将工件放入常温清水中清洗，再将工件放入60℃的清水中清洗，然后将工件放入100℃的烘箱中烘干，取出工件用干净的纸张包好等待焊接；
(3)钎焊：钎焊前，用丙酮将6061铝合金工件焊接面擦拭，然后将钎焊料放置在钎焊面上，将工件放入钎焊炉内，钎焊炉点火，将炉内温度加热至400℃，然后在400℃温度下保温0.5h，保温处理后再将炉内温度加热至565℃，然后在565℃温度下保温0.5h，保温处理后再将炉内温度加热至590℃，然后在590℃温度下保温1h，钎焊完成后，工件在炉内自然冷却至室温；
(4)焊后热处理：将钎焊后的工件加热2h至525±5℃，在此温度下保温1.5h，然后将工件取出放入35℃-40℃的清水中冷却至室温，然后将工件放入恒温试验箱进行人工时效，工件加热至170℃并保温8h，然后在空气中自然冷却，热处理完成。
2.根据权利要求1所述的6061铝合金真空钎焊加工工艺，其特征在于：钎焊料选择4004铝合金。
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