CN111558770A - 一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，在两个紧密接触的铝板接触面中放置中间层，在待焊接铝板的外表面连接电极，在石墨电极对铝板夹持固定作用下，在低压大电流通过铝板时，通过石磨电极的电阻、石磨电极与铝板的接触电阻、铝板自身的电阻、铝板与中间层的接触电阻，铝板发热，使铝板间放置的低熔点中间层熔化，熔化后的中间层中的原子在铝板之间扩散。有益效果在于：通过通电后石墨电极的电阻，铝板自身电阻的作用及接触电阻对中间层进行加热，配合保护气体能够使中间层均匀填充在铝板之间并形成原子扩散区，同时在焊接过程中对铝板压紧，避免铝板与空气的接触，确保焊接效果，提高焊接效率，降低了加工成本。

Description

一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法
技术领域
本发明涉及铝板焊接技术领域，尤其是涉及一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法。
背景技术
瞬时液相扩散焊(下面简称TLP，Transient Liquid Phase diffusion Bonding)，是指在待焊两个工件接触表面之间，放入具备降低熔点功能的中间层，将两个工件紧压在一起，在气体保护或真空环境下，加热到一定温度并施加一定压力，中间层熔化成液相，液体金属填充于母材表面的间隙，固液相之间发生元素之间的扩散，形成致密的中间过渡层，在保温阶段，母材与中间层元素互相扩散，最终形成均匀化的中间焊接层。TLP特别适合异种材料，耐热合金和新材料，比如陶瓷复合材料，金属化合物等可焊性极差的材料焊接。
一般情况下，铝板的面焊接经常采用氮气保护钎焊或者真空钎焊，TLP与钎焊相同之处是均需在待连接母材之间放入熔点低于母材的第三种材料，但是钎焊(Brazingwelding)的第三种材料称为钎料，TLP的第三种材料称为中间层，二者的区别为以下三点：扩散的充分程度不同，凝固的方式不同，组织的不连续程度不同。与钎焊相比，TPL具有如下优点：TPL接头在等温凝固后具有明显不同于母材和填充金属的成分，并在最终的显微组织中很难分辨出填充金属；TPL接头比一般硬钎焊接头强度高；TPL接头的重熔温度高于钎焊接头；TPL接头容许母材表面存在一定的氧化膜，TPL有一定的自清洁功能。
铝板的面焊接还可以使用真空扩散焊，其特点是必须在真空环境下进行，没有中间层，焊接时间较长，才能是两个接触面充分扩散，焊接在一起。
铝及其合金由于密度小，热导和电导率高(仅列于Ag、Cu、Au之后)，在近代工业材料中占有其独特的地位。在人造卫星、火箭、导弹、微波元件、飞机或底面雷达天线、汽车水箱或空调散热器等的制造上为了减轻重量，降低能耗，提高效率和增强机动性都竭尽可能地以铝代铜，甚至代钢。能否取代的关键在于铝及其合金的焊接，而焊接之精密者首推钎焊。
铝及其合金较之其他合金难于钎焊之处，在于其表面有一层极为致密的氧化膜。这层氧化膜的性质非常稳定，能够充分抵抗大气的侵蚀，它又能在旧膜被破坏时随时生成新膜。铝的化学性质非常活泼，正是这层随时形成的氧化膜的保护，才使得铝及其合金有可能成为今日的重要材料。破坏这层膜，例如在铝上第一滴HgCl2溶液或放上一些金属汞用砂纸摩擦使生成铝-汞齐，使其不能完整而起保护作用，这时可以明显看到它能和水反应放出氢气。成块的铝及其合金，在这种情况下一夜间会化为绒毛状的Al(OH)3。铝及其合金钎焊时需要破坏这层膜，否则熔化的中间层不能与母材润湿；焊后又需要维持保护膜的完整，否则接头将会产生严重的腐蚀。
现有技术中，对铝板进行面焊接时，通常采用钎焊的方式，同时为了能够确保钎焊效果，需要在真空炉或保护气体中进行焊接操作，真空炉设备昂贵，技术复杂，不方便推广应用，而保护气体容易与空气混合，完全依赖保护气体时，无法确保钎焊效果。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，在两个紧密接触的铝板接触面中放置中间层，在待焊接铝板的外表面连接电极，在石墨电极对铝板夹持固定作用下，在低压大电流通过铝板时，通过石磨电极的电阻、石磨电极与铝板的接触电阻、铝板自身的电阻、铝板与中间层的接触电阻，铝板发热，使铝板间放置的低熔点中间层熔化，熔化后的中间层中的原子在铝板之间扩散，并在两个铝板之间形成扩散层，焊接完成后，冷却后即可取出。
进一步的，所述中间层内含有使母材熔点降低的元素，而且中间层的熔点低于母材的熔点。
进一步的，焊接过程有保护气体。
一种用于铝板瞬时液相扩散焊方法，具体操作步骤：
S1、焊接表面清洁，将待焊接界面的氧化膜及附着的污物清除干净；
S2、铝板固定，通过压紧设备将两个待焊接的铝板压紧在放置平台上，且铝板与压紧设备以及放置平台之间安装有石墨块和铜排，其中石墨块位于铝板与铜排之间，在进行铝板压紧前，在铝板之间均匀放置中间层；
S3、通电加热，将电源接头分别与上下两个铜排进行连接，并在铝板周围通入保护气体，在保护气体的保护作用下，电源进行通电，铝板在通电过程中通过石墨电极自身的电阻，石墨电极与铝板的接触电阻，铝板自身的电阻，铝板与中间层的接触电阻发热，当铝板被加热至高于中间层液相线时，中间层熔化，熔化的中间层中的可降低母材熔点的元素向母材中扩散并使母材表面熔化，在母材之间形成中间扩散层；
S4、冷却，关闭电源，压紧设备持续压紧，待铝板自由冷却后，熔融的中间扩散层凝固为固态，完成对铝板面的焊接，解除压紧设备的压紧，将焊接好的铝板取出即可。
进一步的，所述步骤S1中，对铝板的氧化膜及附着的污物清除干净的方法为用超声波去油清洗或机械打磨，并保证待焊接面的粗糙度低于0.8um。
进一步的，所述步骤S2中，压紧设备采用液压或气动装置。
进一步的，所述步骤S2中，压紧设备和放置平台均通过绝缘垫与铜排相连接。
进一步的，所述步骤S3中，所述保护气体为氮气或氩氦混合气体，氩氦混合气体的保护作用更好。
进一步的，所述氩氦混合气体中氩气和氦气的比例为7:3。
采用了上述技术方案，本申请提出的对铝板面钎焊的方法，通过通电后石墨电极的电阻，铝板自身电阻的作用及接触电阻对中间层进行加热，配合保护气体能够使中间层均匀填充在铝板之间并形成原子扩散区，同时在焊接过程中对铝板压紧，避免铝板与空气的接触，确保焊接效果，提高焊接效率，降低了加工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的钎焊安装结构示意图。
附图标记说明如下：
1、铝板；2、铜排；3、压紧设备；4、石墨块；5、放置平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，在两个紧密接触的铝板接触面中放置中间层，在待焊接铝板的外表面连接电极，在石墨电极对铝板夹持固定作用下，在低压大电流通过铝板时，通过石磨电极与铝板的接触电阻、铝板自身的电阻、铝板与中间层的接触电阻，铝板发热，特别是中间层位置因为电阻较大发热集中，中间层熔化，并均匀填充在两个铝板之间，中间层中的合金元素向母材迅速扩散，使铝材表面熔化，通过外部施加压力，挤出并破碎多余的氧化膜和中间层材料，经过一段时间保温，充分扩散后，断电冷却，即可取出。
本实施例中，所述中间层材料轧制低熔点铝合金薄膜，内含使母材熔点降低的元素。
本实施例中，焊接过程有保护气体。而且可以通入内腔；
一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，具体操作步骤：
S1、焊接表面清洁，将待焊接界面的氧化膜及附着的污物清除干净；
S2、铝板固定，通过压紧设备将两个待焊接的铝板压紧在放置平台上，且铝板与压紧设备以及放置平台之间安装有石墨块和铜排，其中石墨块位于铝板与铜排之间，在进行铝板压紧前，在铝板之间放置中间层；
S3、通电加热，将电源接头分别与上下两个铜排进行连接，并在铝板周围通入保护气体，在保护气体的保护作用下，电源进行通电，铝板在通电过程中通过石墨，接触电阻以及铝板自身的电阻发热，当铝板被加热至高于中间层的液相线时，中间层熔化，熔融的中间层中有使母材熔点降低的组分，这些组分向母材扩散并使母材表面熔化，进一步扩展液相区，形成界面扩散区；
S4、冷却，关闭电源，压紧设备持续压紧，待铝板自由冷却后，熔融的钎料凝固为固态，完成对铝板面的焊接，解除压紧设备的压紧，将焊接好的铝板取出即可。
本实施例中，所述步骤S1中，对铝板的氧化膜及附着的污物清除干净的方法为用超声波去油清洗或机械打磨，并保证待焊接面的粗糙度低于0.8um。
本实施例中，所述步骤S2中，压紧设备采用液压机或气缸，为了防止压力过大，使铝板内腔尺寸变化，需要有压力限位。
本实施例中，所述步骤S2中，压紧设备和放置平台均通过绝缘垫与铜排相连接。
本实施例中，所述步骤S3中，所述保护气体为氮气和氩氦混合气体，氮气用于去除空气，临近焊点时通氩氦混合气体。
本实施例中，所述氩氦混合气体中氩气和氦气的比例为7:3。
以所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：在两个紧密接触的铝板接触面中放置中间层，在待焊接铝板的外表面连接电极，在石墨电极对铝板夹持固定作用下，在低压大电流通过铝板时，通过石墨电极的电阻、石磨电极与铝板的接触电阻、铝板自身的电阻、铝板与中间层的接触电阻，铝板发热，使铝板间放置的低熔点中间层熔化，熔化后的中间层中的原子在铝板之间扩散，并在两个铝板之间形成扩散层，焊接完成后，冷却后即可取出。
2.根据权利要求1所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：所述中间层内含有使母材熔点降低的元素，而且中间层的熔点低于母材的熔点。
3.根据权利要求1所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：焊接过程有保护气体。
4.根据权利要求1所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：具体操作步骤：
S1、焊接表面清洁，将待焊接界面的氧化膜及附着的污物清除干净；
S2、铝板固定，通过压紧设备将两个待焊接的铝板压紧在放置平台上，且铝板与压紧设备以及放置平台之间安装有石墨块和铜排，其中石墨块位于铝板与铜排之间，在进行铝板压紧前，在铝板之间均匀放置中间层；
S3、通电加热，将电源接头分别与上下两个铜排进行连接，并在铝板周围通入保护气体，在保护气体的保护作用下，电源进行通电，铝板在通电过程中通过石墨电极自身的电阻，石墨电极与铝板的接触电阻，铝板自身的电阻，铝板与中间层的接触电阻发热，当铝板被加热至高于中间层液相线时，中间层熔化，熔化的中间层中的可降低母材熔点的元素向母材中扩散并使母材表面熔化，在母材之间形成中间扩散层；
S4、冷却，关闭电源，压紧设备持续压紧，待铝板自由冷却后，熔融的中间扩散层凝固为固态，完成对铝板面的焊接，解除压紧设备的压紧，将焊接好的铝板取出即可。
5.根据权利要求4所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：所述步骤S1中，对铝板的氧化膜及附着的污物清除干净的方法为用超声波去油清洗或机械打磨。
6.根据权利要求4所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：所述步骤S2中，压紧设备采用液压或气压装置。
7.根据权利要求4所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：所述步骤S2中，压紧设备和放置平台均通过绝缘垫与铜排相连接。
8.根据权利要求4所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述保护气体为氮气和氩氦混合气体。
9.根据权利要求8所述的一种用于铝板的瞬时液相扩散焊方法，其特征在于：所述氩氦混合气体中氩气和氦气的比例为7:3。
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