铝合金钎焊板热轧复合工艺研究

冯海龙

（广西南南铝加工有限公司，广西 南宁 530031）

铝合金焊接材料主要用于制氧设备和汽车冷却器。具有规模小、耐腐蚀性良好的焊接性能和可靠性能等优点。随着中国汽车工业的快速发展和空分设备的改进，对焊料材料的均匀性、涂层尺寸和特性的要求也越来越严格[1]。为了促进本行业与其他相关产业的共同发展，提高中国汽车产品在国际市场上的竞争力，探索汽车发展所需要用到的铝合金焊技术，满足中国汽车工业的发展需求，钣金焊接和空分设备的板材在战略上非常重要。

1 影响钎焊性能的主要因素

（1）材料。复合形式的工作环境是铝合金焊接箱材料的特点，还具有高强度、高熔点、优异的超强电阻以及良好的处理性能。因此，用于热轧复合焊料的铝箔基材主要是第三系列的合金，复合方式主要由4系/3系/4系组成。壳体材料需要较低的焰点、优异的流动性、填充特性以及良好的焊接特性。基体成分需要包覆质量和金属度，是影响铝合金钎焊板焊接性能的重要因素[2]。

（2）包覆率。复合焊料片的包覆率表示包覆层厚度占总厚度的百分比。如果覆盖率太低，可焊接的材料在焊接时不能充分供热，会导致干燥或假焊，对传热阻力有着极大的影响，涂层速度和厚度对施工后的最终产品影响很大，会导致中心材料的厚度相对较小。焊接片材时，难以支撑热交换器的重量和夹紧压力，极其容易被破坏。因此，研究包覆合金非控制技术在基体和轧制过程中的高温力学性能变化规律并确定基体和壳体的初始目标值是非常重要的。焊接过程中能够在高温下抗弯曲变形，是测量复合带材整体性能的重要指标，也反映了复合板材料抗弯曲能力[3]。

2 主要工序工艺要素及控制要点

2.1 基体及包覆板的准备

钎焊板复合轧制属于两种不同的具有抗变形能力和金属的部件（合金3003和4004合金），不同于传统的轧制性能，他有着自己独特的变形方法。热轧板材可分为三个阶段：第一步对应于热轧的前几个步骤，在这个阶段，变形的特性并非是将所有组件都连接在一起，而是将每个组件都变形，并且使组件的界面具有相对滑动。该步骤允许铝箔的变形，是自由变形阶段。在第二阶段，使每个部件的界面部分都进行焊接，保证其不再滑动，并且变形量在轧制过程中产生临界变形。该步骤被称为半刚性工艺，其中该阶段的铝箔的变形率小于基板的变形率，因为软金属的轻微变形和固体金属的硬变形限制了铝箔变形的比例。第三步是焊接每个部件后的轧制步骤。尽管该过程可以被认为是对整体的轧制，但是每个部件的变形阻力是不同的，因此每个部件的变形模式总是不同的。该过程称为有限转换阶段。在这种情况下，两个元件的变形变得越来越相等。因此，在热轧初期的铝外壳的变形，使得铝外壳的板略小于基板长度。根据金属的塑性变形理论，金属在变形过程中趋向于向变形阻力小的方向上膨胀。在基座被热密封到铝涂层的初始阶段，部件之间没有连接，部件各自变形，并且部件之间的界面相对光滑。由于铝涂层数据库具有轻微的厚度偏差（横向和纵向），因此每个部件的滑动是不一致的，这与铸锭长度直接相关。铸锭越长，现象越强，与铝板基板的偏移就越大；因此铸锭长度越小越好。杠杆的两侧都是拱形的，铣削后，铸锭的有效宽度比标准宽度小5mm～10mm，但基本块的宽度必须比铝板大10mm，以确保焊片的焊接效果。

2.2 包覆作业

在涂覆过程中，基材表面材料的纯度会直接影响涂层板是否对称分布，而不是直接影响热轧复合材料的强度和涂层均匀性。

在进行包覆作业时，挥发性喷气燃料和面板必须清洗干净，洗涤后不留油、乳液污渍或手工痕迹，将涂料对称地排列在基材的顶部和底部。必须在这种焊接体（芯）的两端应用对称的后壳材料附件（或者是对称的温带张力前铁带切割），防止躯干板移位。

2.3 热粗轧轧制工艺

热轧焊接板的重点和难点在于复合材料的热轧工艺。热成分能够直接影响包层板的均匀性，也影响包层板的性能。在热轧的第一阶段，即自由变形阶段，必须采用小型压力机进行慢速轧制方法，并采用与通常分离合金不同的轧制方法。首先，将预定的正压力施加到块体的中心，以缓慢的方式连接块体，使其能够相对滑动，以稳定铝板，并使基板最小化，在确定均匀分布的厚度比例的同时，还有助于在涂层和基板之间形成气体以确保焊接质量。在热轧的第一阶段，轧制过程对边缘层的均匀性具有显著影响。通常选择少量的轧制工艺以保证纸边缘的形状和质量，并提高生产率。

热轧焊接板（膜）的复杂性在于热轧，热轧和冷轧的工艺类似于热轧板的轧制过程，包含分离的材料（3003），但是对于涂层而言，当包覆层材料的厚度减小时，钎焊板不能使涂层太薄致使其剥落，因此重点应该放在线圈的形状上，通过控制它，减少因不正确的形状或线圈形状导致的薄膜不均匀变形。

2.4 滚边厚度及滚边量

管子厚度和管子数量的选择对壳体厚度的比例有很大影响：一方面，合金复合板边缘宽度较大，这样很难与管子的另一侧重叠。另一方面，滚边使边部金属的流动和扩展复杂化，因为不滚边时上下表面边部包覆层金属朝轧件侧面流动和扩展，而滚边及其后的轧制使得轧件侧面金属一部分将朝表层中间方向翻转，形成两种操作状态：面向边缘层的厚度大于中心，并且振动的程度和宽度直接受滚边厚度的影响。通过连续优化，选择了两个滚动边缘，滚动边缘的厚度更加准确，并且减少了各个滚子的数量。从冷轧样品到涂层厚度比的分析，边缘涂层厚度的比例一般都应该在该范围内。

2.5 包覆层厚比均匀性和复合前后包覆厚比的变化

层厚均匀性是衡量铝合金焊料质量的重要指标。在轧制时，覆盖层的厚度不论是上包层或下包层，其偏差在同一条带的宽度方向上都具有预定的规则性。涂层的厚度大（在内边缘处）并且中间部分的变化小。因此，控制盖板之间的厚度差异以确定焊接过程是非常重要的。在第一阶段中，这是一个自由变形的阶段。涂覆金属的变形超过了基底金属的变形，并且涂层厚度的百分比急剧下降。一旦热轧结合，涂层厚度的比率将趋于恒定。对于不同的冷轧条件，这两种元素的变形趋于均匀，并且涂层厚度的比率不会显著变化。

3 结语

因此，铝合金复合材料焊接板的热轧工艺与传统的铝合金箔基本相同，但具有一定的特性，其中，热轧复合和冷轧组合加工系统仍需要优化。影响铝合金复合焊板性能的因素主要取决于基体的化学成分的发展和设计上，复合涂层应采用热处理，减少壳体材料的集中热量损失，加强对弯曲强度的控制，对焊接板性能进行突破性的改进。