TW201408415A - 鋁合金構件之面焊接方法 - Google Patents

Abstract

本發明在使用單層焊片面焊接2片鋁合金構件彼此時，可在焊接面之邊緣形成完整之填角。其係在以Al-Si-Mg系合金的焊料所構成之單層焊片面焊接固相線溫度610℃以上之鋁合金構件彼此時，不須在前述單層焊片與前述鋁合金構件之焊接面塗布助焊劑，而以在平面視面積較大一方的鋁合金構件之表面，自前述焊接面邊緣起隔開間隔的區域塗布助焊劑，成為鋁合金構件彼此之間夾前述單層焊片的面接觸狀態，並在惰性氣體下，維持在預定之焊接溫度，在施加面壓力之同時焊接鋁合金構件彼此。

Description

鋁合金構件之面焊接方法 發明領域

本發明為關於，在鋁合金構件彼此，使用單層焊片在惰性氣體中面焊接時，可形成完整填角的鋁合金構件之面焊接方法。

發明背景

由例如鋁製熱交換器之散熱片原料及管狀擠型原料的焊接所見，目前為止之焊接技術，基本上係以線接觸得到填角之形狀。此類焊接法中，在以如包板為焊片而垂直連接板狀之散熱片的情形時，係在焊片上流動熔融之焊料而形成填角。

在該基本為線接觸的焊接技術中，焊接加熱中為抑制氧化，一般係使用助焊劑而在大氣中或惰性氣體中進行焊接。

例如在專利文獻1中，係揭示焊接用鋁料，其特徵為使用非腐蝕性助焊劑及金屬粉末的焊接用構件，而含Fe：0.7至2.5wt%、Mn：0.5至2.0wt%之1種或2種，且為Mg：0.2wt%以下，由塗布非腐蝕性助焊劑及金屬粉末的表面在深度20μm中最大粒徑超過5μm的第2相粒子數為200個/mm² 以下。

以此提供之焊接用鋁料，係不使用包層材之焊接法，由於焊液的流動性良好而可形成優良之填角，強度亦佳。

然而，近年來，由於車裝設用IGBT等以面接觸冷卻發熱的熱交換系統之需求增加，因而需要以鋁構件面彼此焊料面焊接的技術。

例如在專利文獻2中，係揭示鋁合金鑄造金屬之焊接方法，其特徵為以包含Cu：23至27質量%、Si：4至10質量%，剩餘部分為由Al及不可避免的不純物所組成之構成並具有10至100μm平均粒徑的粉末狀鋁合金焊料，與固形成分含11質量%以上的CsF氟化物系的助焊劑懸浮於分散介質的鋁合金焊料漿劑中，塗布在焊接的鋁合金鑄造金屬或其他焊接構件的焊接部之表面後，在塗布鋁合金焊料漿劑的焊接部上再組合另一方之焊接構件，並將該組合物加熱。

該方法可提供，使用濕潤性及耐蝕性強的焊料，即使以爐內硬焊亦可得到完整接合部之鋁合金鑄造金屬低溫焊接法。

在該面焊接技術中，在以含粉末焊料及助焊劑之混合漿劑，塗布在焊接構件的焊接部表面後，再組合受焊接構件彼此，並加熱該組合焊接體。由於如此，而在接合部易發生空隙不良等，成為易封入助焊劑的構造。因此，在鋁合金構件面彼此以焊料面焊接之技術，比較基本上形成前述填角的焊接技術為極難之技術。

另一方面，近年來，已開發以Al-Si系合金焊料 為芯材所包層之焊片在惰性氣體中的無助焊劑焊接方法。

例如引用文獻3中，係揭示以使用質量%計，所含Mg為0.1至5.0%、Si為3至13%之Al-Si系焊料設置在最表面的鋁包層材，在減壓但不伴同非氧化性氣體下，使前述Al-Si系焊料與焊接對象構件密接接觸而加熱，以使前述芯材與前述焊接對象構件接合之方法。

以該方法，可不須助焊劑及真空設備在大氣壓下以無助焊劑焊接，在焊料以外之焊接構成構件中添加Mg時亦不會成為阻礙焊接之要因。

然而，上述專利文獻3中所載之焊接方法中，係使用以芯材與焊料所構成的2層以上之包層材。為使以該包層材為焊片之鋁合金構件彼此適於面焊接，前述包層材必需在芯材之兩面配置焊料成3層，因而使包層材之製造煩雜並伴隨成本提高。

因此，本案發明人等，在刻意檢討較先前技術成本低而品質安定之面焊接法的過程中，揭示以如專利文獻4所示之單層焊片使2片鋁合金構件彼此在惰性氣體下無助焊劑面焊接之技術。

前述專利文獻4中所揭示的方法，係在固相線溫度570℃以上之鋁合金構件彼此之間，夾具有含Si：3至12質量%、Mg：0.1至5.0質量%、剩餘部分為由Al及不可避免的不純物所構成之組成成分、厚度15至200μm的焊料所構成之單層焊片成面接觸狀態，並在惰性氣體下、保持焊接溫度為570℃以上，在一面施加0.6gf/mm²以上的面壓力下 無助焊劑地焊接鋁合金構件彼此。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平09-194976號公報

專利文獻2：日本專利特開2007-83271號公報

專利文獻3：日本專利第4547032號公報

專利文獻4：日本專利特開2012-71335號公報

發明概要

然而，以該技術，在夾單層焊片的2片鋁合金構件彼此有需要在施以預定之壓力以上的壓力下同時進行焊接加熱。因此，會碰到在焊接加熱時熔融焊料由鋁合金構件彼此之間流出，使焊接面之邊緣無法形成完整的填角之障礙。

另一方面，由於如前述之車裝設用IGBT等係以面接觸冷卻發熱的熱交換系統之需要增加，此類熱交換系統中所使用的鋁合金構件彼此之面在焊接時，焊接面邊緣必需形成完整的填角。在如焊接面邊緣無法形成完整的填角時，會因熱交換系統使用時反複的熱週期在接合界面上產生應力，因此由於週期疲勞而增加存在接合界面上的焊料產生龜裂之可能性。

本發明，思考該問題之解決，目的在提供可以單層焊片面焊接2片鋁合金構件彼此，同時在焊接面邊緣又可形成 完整填角的面焊接方法。

本發明之鋁合金構件之面焊接方法，為達成目的，其特徵在於：其係在使用以Al-Si-Mg系合金的焊料所構成之單層焊片，在面焊接固相線溫度610℃以上之鋁合金構件彼此時，以不在前述單層焊片與前述鋁合金構件之焊接面塗布助焊劑，而在以平面視面積較大的鋁合金構件之表面，自前述焊接面邊緣起隔開間隔的區域塗布助焊劑，使鋁合金構件彼此之間夾入前述單層焊片並面接觸之狀態下，且在惰性氣體下，維持預定之焊接溫度，並一邊施加面壓力一邊焊接鋁合金構件彼此。

期以使用具有含Si：3.0至12質量%、Mg：0.1至0.35質量%，且剩餘部分為由Al及不可避免的不純物所構成之組成成分的合金作為Al-Si-Mg系合金的焊料為佳。

並且，以在自前述焊接面邊緣起隔開間隔0.5至35mm範圍的區域塗布助焊劑為佳。

再者，前述助焊劑之塗布量，以設為2至40g/m²為佳。

以本發明所提供的鋁合金構件之面焊接方法，可以單層焊片使2片鋁合金構件在2片之鋁合金構件間施以面壓力下面焊接，並同時可在焊接面邊緣形成完整之填角。

由於非使用由2層或3層以上之包層材所構成的焊片，而使用單層之焊片，因此可使全體低成本化。同時，由於不塗布助焊劑而在單層焊片及鋁合金構件之焊接面上，在2 片鋁合金構件間施以面壓力下焊接，因此可抑制易發生的兩鋁合金構件間之空隙不良等，結果可進行品質安定的面焊接。而且，由於係在平面視面積較大一方之鋁合金構件的表面，自焊接面邊緣起隔開間隔的區域塗布助焊劑，因此可在焊接面邊緣形成完整的填角。

圖1係說明試驗片形狀、配置之圖

圖2係說明試驗片組成之概念圖

圖3係說明試驗片切斷位置、觀察位置之圖

圖4係說明填角「喉部厚度」之圖

圖5係喉部厚度150μm以上之填角的截面金屬組織

圖6係喉部厚度未達150μm之填角的截面金屬組織

圖7係表示焊料中Mg添加量之影響之圖

圖8係表示助焊劑塗布位置之影響之圖

圖9係表示助焊劑塗布量之影響之圖

用以實施發明之形態

通常，在面焊接時，由於係在焊料表面及鋁合金構件的焊接面上塗布助焊劑，再於接合之鋁合金構件面彼此之間插入焊料進行面焊接加熱，因此在接合部中易產生空隙不良，而易成為封入助焊劑的構造。因此，易使焊接製品品質發生差異。

同時，在先前之無助焊劑面焊接法中，係使用2層或3層以上的包層材作為焊片因此使成本提高。而且，在先前 之無助焊劑面焊接法中，亦有由於係無助焊劑而使熔融焊料由鋁合金構件彼此之間流出，使焊接面邊緣無法形成完整填角之問題。

如前述之車裝設用IGBT等係以面接觸冷卻發熱的熱交換系統之需要增加，但此類熱交換系統中所使用的鋁合金構件面彼此在面焊接時，焊接面之邊緣必需形成完整的填角。在如焊接面邊緣無法形成完整的填角時，會因熱交換系統使用時反複的熱週期在接合界面上產生應力，因週期疲勞而增加接合界面上存在的焊料產生龜裂之可能性。

因此，本案發明人等，對以不在焊料表面及鋁合金構件的焊接面塗布助焊劑，而可以較先前技術低成本而有安定品質，且焊接面之邊緣可形成完整填角的焊接法再三刻意檢討之過程中，達成本發明。

以下再說明其詳細。

首先本發明案，係在不在焊接面塗布助焊劑，而在2片鋁合金構件彼此之間夾焊料所構成之單層焊片的面接觸狀態下，使單層焊片完全熔化且以焊料濕潤鋁合金構件彼此之界面下進行面焊接。

2片鋁合金構件彼此中，可為一方之鋁合金構件為鋁合金板，亦可為兩方均為鋁合金板。例如可設置使鋁合金製彼此之零件連結的接合部，再於該接合部上設置夾住單層焊片的部位。主要本發明中，受接合材並不限定為鋁合金板，任何至少一部分具有可焊接之平滑面的鋁合金製品均 可。

在以Al-Si-Mg系合金焊料焊接時，為使該焊料可完全熔化，必需以580℃以上之溫度焊接。因此，受接合材之鋁合金構件，以由固相線溫度610℃以上之鋁合金所構成者為佳。具體言之，以AA1000系為佳。

在受接合材之鋁合金構件的固相線溫度未達610℃時，由於焊接加熱中，一部分之鋁合金構件會熔化，再施加壓力即有使鋁合金構件本身變形的可能。

鋁合金構件之固相線溫度為615℃以上時更佳。鋁合金構件之固相線溫度為620℃以上又更佳。

本發明第一特徵之點，係為抑低成本而使用之焊片，為由具有預定組成及厚度的焊料單層所構成。

因此，首先，說明焊料及以此而成之薄板的焊片。

焊料方面，係使用含Si：3.0至12質量%、Mg：0.1至0.35質量%，剩餘部分為由Al及不可避免的不純物所構成之組成成分的合金。

Si：3.0至12質量%

Si，其含量不只可使單層焊片之液相線溫度降低，同時為改善面焊接中濕潤性的因子。焊料中所含之Si量，在未達3.0質量%時，會使單層焊片之液相線溫度過高，因此即使到達預定的焊接溫度單層焊片之熔化亦會不足，而有可能無法得到充分之焊接強度。焊料中所含之Si量，在超過12質量%時，會增加鑄造中鑄塊中央部析出(結晶)初級Si結晶的可能性，即使可得到完整的熱軋鋼板亦不易得到微 視為均質組織之單層焊片。

因此，焊料之Si含量，以在3.0至12質量%範圍為佳。Si含量，在4.0至12質量%範圍更佳。Si含量，在5.0至12質量%範圍又更佳。

Mg：0.1至0.35質量%

Mg，由於本身受氧化時，即有還原劑之作用，因此推想可抑制因焊接加熱使鋁合金板與單層焊片之焊料界面的鋁氧化，為改善面焊接中濕潤性的因子。

在焊料中所含之Mg量未達0.1質量%時，雖亦取決於焊接溫度等，但仍可使效果不足，而可能無法得到充分的焊接強度。在焊料中所含之Mg量超過0.35質量%時，在焊接加熱中，會使擴散至焊接面邊緣的熔融助焊劑接觸熔融焊料，與焊料中所含之Mg反應，而降低助焊劑的機能，因此無法形成完整的填角。

因而，焊料之Mg含量，以在0.1至0.35質量%範圍為佳。Mg含量，在0.1至0.32質量%範圍更佳。Mg含量，在0.1至0.3質量%範圍又更佳。

不可避免的不純物之例可舉Fe、Cu、Mn、Zn等，此等元素，在Fe：未達1.0質量%、Cu：未達1.0質量%、Mn：未達1.0質量%、Zn：未達1.0質量%之範圍時，並無妨於本發明之效果。因此，不可避免的不純物之前述成分的含量以各為未達1.0質量%為佳。

同時，其他之不純元素方面，應該可再舉Cr、Ni、Zr、Ti、V、B、Sr、Sb、Ca、Na等，在Cr：未達0.5 質量%、Ni：未達0.5質量%、Zr：未達0.2質量%、Ti：未達0.2質量%、V：未達0.1質量%、B：未達0.05質量%、Sr：未達0.05質量%、Sb：未達0.05質量%、Ca：未達0.05質量%、Na：未達0.01質量%之範圍時，對本發明中單層焊片之性能特性並無大礙，因此亦可包含在不可避免的不純物中。Pb、Bi、Sn、In方面，在各未達0.02質量%、以及其他各未達0.02質量%，而在本範圍之管理外的元素方面亦無礙於本發明之效果。

焊料所構成之單層焊片

本發明中，上述焊料亦可以薄板，作為單層焊片。其厚度，只要為可達成完整的面焊接之厚度即可。但在厚度未達15μm時，可能無法得到充分之焊接強度。在厚度超過200μm時，會使由接合面滲出之焊料量過多，而提高成本。

因此，由焊料所構成之單層焊片厚度之範圍，以15至200μm為佳。厚度範圍，在15至150μm時更佳。厚度範圍，在20至100μm時又更佳。

焊料所構成單層焊片之製造方法

例如，在厚度為100μm的焊料所構成之單層焊片時，可如下製造。

將原料之鑄錠、廢料等配合後，投入熔化爐中，熔製成預定焊料組成所構成的熔融金屬鋁。熔化爐方面，一般係以燃燒器直接以火焰加熱熔化原料的燃燒爐。在熔融金屬鋁達預定之溫度，例如，達800℃之後，再投入適量的除渣用屑煤，並以攪拌棒進行熔融金屬之攪拌，將所有的原 料熔化。之後，再將調整成分，所追加之原料，例如Mg等投入，並進行30至60分鐘左右的熔融成形後，再去除表面浮游之金屬渣。熔融金屬鋁再冷卻至預定的溫度，例如，740℃之後，由流出口流出流出管中，並視其需要，通過連線旋轉脫氣裝置、CFF濾器等開始鑄造。再者，在併設熔化爐與保溫爐時，係在熔化爐熔製之熔融金屬先移至保溫爐後，於保溫爐中進行熔融成形後再開始鑄造。

DC鑄造機之夾套(jacket)，可為1股注入者，亦可為偏重生產效率之多股注入者。舉例如，在尺寸700mm×450mm之水冷式鑄模內，通過液浸管(dip tube)、浮控開關(float)注液，同時以鑄造速度60mm/min注入母模，並對水冷式鑄模下方之凝固殼層進行直接水冷(Direct Chill)，同時使槽內的熔融金屬凝固冷卻，即可得到預定尺寸，例如，700mm×450mm×4500mm尺寸之平板(slab)。在鑄造終了後，再進行兩面面削切斷平板前端、後端成單面為25mm，並在使平板厚度為400mm之後插入均熱爐中，以450至540℃×1至12小時進行均質化處理(HO處理)。均質化處理後，再自均熱爐取出平板，以熱軋板條機進行任意軌之熱軋，即可得到例如，6mm厚之熱軋板鋁卷(Reroll)。

該6mm厚之熱軋板鋁卷再進行任意軌之冷軋，即可得到預定厚度，例如，厚度100μm的由焊料所構成之單層焊片。再者，在冷軋步驟中，在冷軋板之加工硬化顯著時，最好再視需要，將鋁卷插入退火裝置中，在保溫溫度300至450℃下進行中間退火處理，使冷軋板軟化。

本發明第二特徵之點，係不在單層焊片與鋁合金構件之焊接面上塗布助焊劑，而以在平面視面積較大之一方的鋁合金構件之表面，自前述焊接面邊緣起隔開間隔的區域塗布助焊劑。

因此，以下說明助焊劑之塗布形態。

再者，本說明書中所謂之焊接面，意指，在焊接加熱前之組合狀態下，在單層焊片表面之中，與其他鋁合金構件接觸之面上，或在一方之鋁合金構件的表面中，平面視為與另一方鋁合金構件重複之面。

一般言之，取決於單層焊片與鋁合金構件的焊接面所塗布的助焊劑之情形，如前所述易在焊接面發生空隙不良等，而有可能封入助焊劑。具體言之，在另一方之鋁合金構件與焊料之接觸面、及另一方之鋁合金構件的表面中，直接在平面視為與另一方鋁合金構件重複之面塗布助焊劑時，在焊接加熱中熔融的助焊劑會滲入焊接面中，而提高焊接面中發生起因於助焊劑的不良之可能。

因此，本發明中，不在該焊接面上塗布助焊劑，而在平面視面積較大一方之鋁合金構件表面，自前述焊接面邊緣起隔開間隔的區域塗布助焊劑。 而在以平面視面積較大一方之鋁合金構件表面，自前述焊接面邊緣隔開間隔的區域塗布助焊劑

在該區域塗布助焊劑時，在焊接加熱時，會使塗布的助焊劑熔融，而擴散至平面視面積較大一方之鋁合金構件表面，因此到達另一方的鋁合金構件之邊緣(焊接面之邊 緣)。如此，到達焊接面邊緣之熔融助焊劑，即會直接滯留在該邊緣上，因此不滲透至焊接面，而可改善熔融焊料與鋁合金構件之濕潤性，使焊接面邊緣可形成完整之填角。

在焊接加熱前之組合狀態，平面視面積較大一方之鋁合金構件的表面中，當然在未與單層焊片接觸的面塗布助焊劑亦無妨。同時，平面視面積較大一方之鋁合金構件的表面中，即使是與單層焊片接觸之面，只要為平面視未與其他鋁合金構件重複之面，亦不在上述焊接面之定義中因此即使塗布助焊劑亦無妨。在該情形時，在組合後係在焊接面施加預定之面壓力，因此助焊劑亦不會滲透單層焊片與鋁合金構件之焊接面，因此焊接加熱時助焊劑封入焊接面內部之可能性低。

舉例如，在焊接加熱前，尺寸不同的二片鋁合金構件之間夾單層焊片之情形時，亦可設定為單層焊片之表面自平面視面積較小一方的鋁合金構件邊緣突出預定之寬度。該情形時，由於自平面視面積較小一方的鋁合金構件邊緣所突出的單層型焊片表面並非焊接面，在該表面之面上塗布助焊劑亦無妨。該情形，即使在組合後，由於在焊接面施加預定之面壓力，使助焊劑不致滲透至鋁合金構件彼此之焊接面，因此焊接加熱時助焊劑封入焊接面內部之可能性低。同時熔融的助焊劑，易滯留在焊接面邊緣，亦不致使焊接面的品質劣化，而可改善熔融焊料對鋁合金構件的濕潤性形成完整之填角。

焊接面係以平面為佳，但未必一定為平面。舉例 如，可在平面視面積較大一方之鋁合金構件中，形成圓柱狀之凹面，而在平面視面積較小另一方的鋁合金構件上，形成圓柱狀之凸面，而可使前述凹面與前述凸面嵌合，再於該嵌合面上，以經過彎曲加工之單層焊片夾住進行面焊接。

再者，塗布助焊劑的區域，有在平面視面積較大一方之鋁合金構件的表面，稍離焊接面邊緣的需要。在助焊劑塗布位置(自焊接面邊緣至助焊劑塗布區域的最短距離)超過35mm時，雖然亦取決於焊接條件及助焊劑塗布量，但熔融助焊劑並無法充分供應至焊接面邊緣，因此會提高無法形成完整填角之可能性。

在考慮助焊劑的塗布精細度時，前述助焊劑的塗布位置，以在0.5至35mm之範圍較佳。助焊劑的塗布位置，在0.5至30mm之範圍更佳。助焊劑的塗布位置，在1.0至30mm之範圍又更佳。

同時，助焊劑的塗布量，以在2至40g/m²之範圍為佳。在助焊劑的塗布量未達2g/m²時，雖然亦取決於塗布之位置，但由於助焊劑供給焊接面邊緣不足，無法形成完整之填角。在助焊劑的塗布量超過40g/m²時，並無法期待再提高形成完整填角以上的效果，而只會增加助焊劑的使用量而增加生產成本。助焊劑之塗布量，以在2至35g/m²之範圍為佳。

助焊劑之塗布，在預先單在一方之鋁合金構件表面上密封預定的區域以上，即可在其上將以溶劑、助焊劑、 結合劑等混合之漿劑進行輥印刷，並再以經過溶劑稀釋之混合液噴灑。或者，亦可不預先密封鋁合金構件，而在另一方鋁合金構件之周圍將以溶劑、助焊劑、結合劑等混合之漿劑以筆等，適量地塗布。助焊劑之例，可舉如，氟化物系非腐蝕性助焊劑，其代表之化合物形態，可列舉KAlF₄、K₂AlF₅、K₃AlF₆、AlF₃、KF、CsF等。此類助焊劑與其單獨使用，不如混合使用可接近共晶組成而使熔點降低因此更佳。同時，如前所述助焊劑之塗布量，以在2至40g/m²之範圍較佳。

惰性氣體下

如前所述為使Al-Si-Mg系合金之焊料所構成的單層焊片完全熔化，以濕潤鋁合金構件彼此之界面面焊接，必需至少保溫在580℃以上並維持預定之時間。

因此，為抑制焊接加熱中，在鋁合金構件焊接面表面或單層焊片焊料面氧化，必需在惰性氣體下進行面焊接。

所謂惰性氣體，可使用氮氣、氬氣、氦氣等。而且，以惰性氣體中氧濃度500ppm以下者為佳。在惰性氣體中氧濃度超過500ppm時，會降低面焊接後之接合強度(剪斷應力)。惰性氣體中氧濃度以100ppm為佳。惰性氣體中氧濃度以10ppm更佳。具體上，在工業用氮氣方面，氧濃度規格係規定在100ppm以下，因此由成本面以使用工業用氮氣最佳。

當然，在焊接加熱中，以焊接溫度保溫中及冷卻中，以預使加熱裝置內充滿惰性氣體為佳。然而，在如電磁誘 導加熱之快速加熱的情形時亦可在到達預定的保溫溫度之前，在加熱裝置內噴射惰性氣體取代空氣為惰性氣體。

同時施加面壓力

本發明之面焊接方法中，係將預定之組成的Al-Si-Mg系合金之焊料所構成的單層焊片熔化，以焊料與鋁合金構件面接觸之狀態，進行焊接加熱，當中必需對接合面為1.0gf/mm²以上(0.01MPa以上)施以面壓力，同時並以預定之焊接溫度保溫。當然，亦可在焊接加熱時不施加面壓力，而在到達所欲之保溫溫度之後，再對接合面施加1.0gf/mm²以上的面壓力進行面焊接。

在面壓力未達1.0gf/mm²時，並無法得到充分的焊接強度。當然，為確保面焊接後有充分的焊接強度以對接合面施加高面壓力為佳。因此，面壓力以5.0gf/mm²以上(0.05MPa以上)為佳。面壓力10gf/mm²以上(0.1MPa以上)更佳。

持續以預定之焊接溫度保溫

在本發明之面焊接方法中，係將預定的組成之單層焊片(焊料)熔化，濕潤鋁合金構件彼此之界面，以可確實進行面焊接，而為確保焊接強度充分，焊接溫度至少需580℃以上。

在焊接溫度未達580℃時，會使焊料熔化不完全，因此無法得到充分的焊接強度。當然，保溫溫度越高可得到更充分之焊接強度。因此，保溫溫度，以585℃以上為佳。保溫溫度，590℃以上更佳。

焊接溫度下之保溫時間，以2分鐘以上為佳。雖然取決 於焊接溫度，在保溫時間未達2分鐘時，由於接合面上的溫度不均一，因此無法得到充分的焊接強度。是故保溫時間，以5分鐘以上較佳。

實施例

單層焊片之製作

稱取預定的各種鑄錠，並加以配合，再將各(共計5試料)9kg的原材料裝填入經過塗布脫模劑的#30坩堝中。之後將該坩堝插入電熱爐內，在760℃下熔化並去渣，之後，將熔融金屬溫度保溫在740℃。其次以小型旋轉脫氣裝置，以流量1Nl/分鐘之氮氣吹入熔融金屬中10分鐘，進行脫氣處理。之後再進行熔融成形30分鐘並以攪拌棒去除熔融金屬表面的浮渣，並以樣品匙採樣經成分分析用鑄模成為圓片試料。

其次，以固定夾依序由電熱爐內取出坩堝，再將熔融金屬鋁注入預先加熱為200℃的5個模具(70mm×70mm×15mm)中。各焊料之圓片試料，再以發光攝譜分析，分析其組成。其結果如表1所示。

鑄錠，在切斷應力釋放後，再削兩面使各面為3mm、厚度為9mm。之後將該鑄錠裝入電熱爐中，以100℃/hr之昇溫速度加熱至480℃，並進行480℃×1小時之均質化處理，之後以熱軋板條機進行熱軋至厚度3mm。

其次，熱軋板再經過冷軋，成為厚度1.2mm之冷軋板，並使其軟化而以390℃×2小時進行1次中間退火。之後再進行冷軋，而成厚度0.3mm之冷軋板，並再以390℃×2小時進行2次中間退火軟化。然後再進行冷軋，成為0.06mm(60μm)之最終冷軋板。該最終冷軋板再切斷成預定之尺寸(26mm×26mm)，成為複數片之單層焊片。

試驗片之製作

如圖1所示，在AA1050合金製之塊A(40mm×40mm×4mm)中的40mm×40mm之面上中央處，貼上密封帶(27mm×27mm)，並測定其質量。之後噴撒氟化物助焊劑與水之混合液，並在40mm×40mm之面上塗布預定的量，經過200℃乾燥後，測定其質量。然後以助焊劑塗布前/塗布後之質量差以塗布面積(1.6×10³mm²)除，計算助焊劑之塗布量(g/m²)。再剝除密封帶，並在未塗布助焊劑之區域(27mm×27mm)之面上中央處放置單層焊片(25mm×25mm×60μm)，之後疊在上述單層焊片(25mm×25mm)面上中央處AA1050合金製塊B(25mm×25mm×3mm)上的25mm×25mm之面上。

如圖2所示，以夾具在塊B上面設置彈簧並施加1.5MPa壓力，再插入組裝在試驗爐內之塊等。之後以設置 在塊A的熱電偶測定本體溫度，在同時在PID控制下以50℃/分鐘之速度加熱至600℃，並以600℃之焊接溫度保溫5分鐘後，再將輸出電阻線OFF，使組裝之塊等在爐內冷卻。在設置在塊A之熱電偶顯示為500℃以下之後，再自爐內取出組裝之塊等並在空氣中冷卻至室溫。加熱中並以工業用氮氣(氧濃度10ppm以下之氮)調整氣體。

填角形成率之測定

如圖3所示，在焊接後在塊AB上，對○記號之6處，觀察截面之細微組織，並測定填角形成率。當中之填角形成率，係在焊接後在塊AB內形成完整填角處之個數，再以觀察全部處的個數以6除之值。判定是否形成完整的填角，係以如圖4所示之操作測定填角部分的「喉部厚度」。以所觀察填角處的喉部厚度為150μm以上，判定可形成完整之填角者。並以所觀察之填角處的喉部厚度未達150μm、或完全未觀察到填角處，判定為未形成完整之填角者。圖5、圖6所示，各為「喉部厚度」為150μm以上之填角的截面金屬組織、「喉部厚度」未達150μm之填角的截面金屬組織之例。

再如上述，調查對填角形成率，(1)焊料中Mg添加量之影響、(2)助焊劑塗布位置(塊B邊緣至助焊劑塗布區域的最短距離)之影響、(3)助焊劑塗布量之影響。但，在調查(2)助焊劑塗布位置之影響時，係改變塊A之大小(48mm×48mm×4mm、68mm×68mm×4mm、98mm×98mm×4mm、118mm×118mm×4mm)，同時使用各種大小(35×35mm、55×55mm、85×85mm、105×105mm)的密封帶，調節助焊劑 之塗布位置。

其結果如表2至4、及圖7至9所示。再者，以下所示的實施例之圖表中，並非以特別精細之條件表示，係以C合金焊料(Mg添加量：0.19質量%)、助焊劑塗布位置設定為1mm、助焊劑塗布量設定為10g/m²，再於上述焊接條件下進行焊接，而進行了接合塊AB之製作。

【表4】

如表2、圖7所示，觀察焊料中Mg添加量對填角形成率之影響，在焊料中所含Mg量為0.29質量%以下時，填角形成率為6/6(100%)。在焊料中所含Mg量為0.51質量%時，填角形成率為2/6(33%)。在焊料中所含Mg量未達0.1質量%時，又考慮無法得到充分焊接強度之可能性，因此Mg含量，以0.1至0.35質量%之範圍為佳。

如表3、圖8所示，觀察助焊劑塗布位置(由塊B邊緣至助焊劑塗布區域的最短距離)對填角形成率之影響，在助焊劑塗布位置為30mm以下時，填角形成率為6/6(100%)。而且，在助焊劑塗布位置為40mm時，填角形成率為0/6(0%)。再者，考慮助焊劑塗布之精細度等，因此助焊劑之塗布位置，以0.5至35mm之範圍為佳。

如表4、圖9所示，觀察助焊劑塗布量對填角形成率之影響，在助焊劑塗布量為3g/m²以上時，填角形成率為6/6(100%)。而且，在助焊劑塗布量為1g/m²時，顯示填角形成率仍為5/6(83%)，遠比未塗布助焊劑時之填角形成率 1/6(17%)為高，因此可知關係填角形成率之提高。在助焊劑塗布量超過40g/m²時，考慮無法期待再提高形成完整填角之效果，而只會增加助焊劑的使用量而增加生產成本，因此助焊劑塗布量以在2至40g/m²之範圍為佳。

產業上之可利用性

如上所述本發明，可提供可以單層焊片使2片鋁合金構件彼此面焊接，同時又可在焊接面之邊緣形成完整填角的面焊接法。

Claims (4)

1. 一種鋁合金構件面焊接方法，其特徵在於：其係在使用以Al-Si-Mg系合金的焊料所構成之單層焊片，面焊接固相線溫度610℃以上之鋁合金構件彼此的方法時，以不在前述單層焊片與前述鋁合金構件之焊接面塗布助焊劑，而在以平面視面積較大的鋁合金構件之表面，由自前述焊接面邊緣起隔開間隔的區域塗布助焊劑，使鋁合金構件彼此之間夾入前述單層焊片並面接觸之狀態下，且在惰性氣體下，維持在預定之焊接溫度，並一邊施加面壓力一邊焊接鋁合金構件彼此。
2. 如請求項1之合金構件面焊接方法，其係使用具有含Si：3.0至12質量%、Mg：0.1至0.35質量%，且剩餘部分為由Al及不可避免的不純物所構成之組成成分的合金作為前述Al-Si-Mg系合金的焊料。
3. 如請求項1或2項之合金構件面焊接方法，其係設從前述焊接面邊緣算起的間隔距離為0.5至35mm的範圍。
4. 如請求項1至3項中任一項之合金構件面焊接方法，其係設前述助焊劑之塗布量為2至40g/m²。