某型铝合金机箱真空钎焊工艺研究

乔平　张红娟　罗锡　朱光辉　王智峰

摘 要：本文从铝合金真空钎焊原理機制、工艺参数、零件表面处理、钎焊夹具设计应用及铝合金机箱焊接质量等方面进行阐述，依据生产经验，设计了真空钎焊夹具，总结了某型铝合金机箱真空钎焊工艺，为后续生产提供依据。

关键词：铝合金;真空钎焊;夹具

Abstract：The principle and mechanism of vacuum brazing of aluminum alloy，the technological parameters，the surface treatment，the design and application of Brazing fixture and the welding quality of aluminum alloy chassis are described，the vacuum brazing process of a certain type of aluminum alloy chassis is summarized，which provides the basis for the following production.

Key words：aluminum alloy;vacuum braze;fixture

铝合金具有重量轻、耐腐蚀性好、导热导电性能佳等优点，常被用在航空航天、汽车船舶等领域，用于制作热交换器及一些形状结构复杂的结构件。铝及铝合金焊接过程中容易被氧化，生成三氧化二铝薄膜，很难去除，会妨碍焊接的顺利进行，而且会出现夹渣、气孔等缺陷。铝合金真空钎焊工艺无需使用钎剂，在真空条件下可以极大程度降低焊接过程的氧化作用，提高生产效率。本文结合实际生产中所积累的经验，介绍铝合金机箱真空钎焊工艺方法。

1 铝合金真空钎焊的原理机制

真空钎焊是在真空状态下，将真空炉内温度设定到某一区间。在该温度下，母材处于固体状态，钎料处于液体状态。液态的钎料在母材的表面上润湿、毛细流动、填充、铺展，与母材相互作用，最终冷却凝固，实现冶金的连接方法[1]。

铝合金对氧的亲和力很大，焊接时表面形成一层致密的氧化膜，阻碍钎料与母材的结合，这是铝合金焊接时的主要障碍之一。在真空条件下，大部分气体可以被清除，氧气含量极低，有效排出了空气对焊接的有害影响，真空状态下可以去除氧化膜。此外金属Mg在去除氧化膜中可以发挥重要作用。通过加热处理，使Mg挥发转化为Mg蒸气，达到对钎料表面的氧化膜予以去除的目的。Mg热膨胀系数较铝热膨胀系数更低，通过加热，铝得到快速膨胀，膨胀速率相对慢的氧化膜则不断开裂。Mg蒸气与真空炉中残留水蒸气形成化学反应。钎料溶化后可发挥吸附功效，使得氧化膜强度下降，氧化膜开裂同时溶化至钎料，进一步液态钎料实现对母材的湿润[2]。

2 真空钎焊工艺研究

2.1 机箱介绍

本文研究的加固机箱箱体由左右侧板、前框、前导轨板和后导轨板五个零件焊接而成，前导轨板内部设计为耐热通风通道，通风部分采用翅片板形成夹层。如何控制箱体焊接变形量并保证焊接后各配合尺寸为工艺难点和重点。

2.2 清洗

真空钎焊前对各焊接零件进行清洗，是保证铝及铝合金焊缝质量的重要措施。铝合金零件清洗是为了去除表面氧化膜及油污，促进真空钎焊钎料与母材结合。清洗方法为化学清洗，采用有机溶剂去除铝合金零件表面油污。清洗流程为有机去油-碱洗-流动水洗-酸洗-流动水洗-干燥。清洗完成后零件放置在洁净干燥的容器内，防止水汽等污染零件表面。

除了化学清洗外，还可以用机械方法进行清洁，去除铝合金表面氧化膜。如抛光打磨、砂纸打磨等。此方法效率低，不适宜大批量生产。

2.3 零件装配

铝合金零件组装之前，对零件进行校正，保证装配面平整。零件需用酒精进行清洁，保证零件表面无污染。各铝合金零件组装为箱体，用螺钉将各零件紧固组装。钎料放置在组装零件的焊接面，螺钉既紧固各零件，也对钎料进行紧固，保证钎料填满焊接区域。在组装过程中，应佩戴干净细纱手套，防止组装过程中污染零件表面，影响焊接质量。

2.4 夹具设计及安装

为保证焊接箱体的焊接质量，防止箱体焊接变形过大，本文设计了一种专用工装来保证钎焊接头的装配。采用两种通用工装来辅助焊接，保证焊接质量，防止焊接变形过大。

2.4.1 专用工装

由于该箱体内部有翅片，翅片区域尺寸狭小，通用工装难以进行紧固。为保证翅片附近的焊接接头质量，设计了1Cr18Ti9Ni材料专用工装，如图2所示。

2.4.2 通用工装-矩形夹

前框与左右侧板连接区域尺寸较大，可以用通用矩形夹进行紧固，如图3所示。

2.4.3 通用工装-可调节支杆

真空钎焊中零件受热变形，为了防止左右侧板之间的变形量过大，采用可调节支杆支撑于左右侧板之间。如图4所示。

2.4.4 箱体组装工装

各零件组装钎料之后，用工装组装箱体，如图5。

2.5 真空钎焊

铝合金真空钎焊的主要工艺参数有：加热速率、保温时间、冷却速率、真空度、炉温均匀性、真空钎焊温度等，这些因素均会影响真空钎焊的焊接接头质量。一般在加热阶段要求真空炉内真空度不大于3×10-3Pa，小型、薄板铝合金组件的加热速率建议为10℃/min。使用工装组装的铝合金组件，需降低加热速率，延长保温时间，使铝合金组件受热均匀。

为了使零件充分受热，一般在钎料的固液相线以下保温一段时间，保温时间的长短与零件的厚度、大小以及结构复杂程度有关。保温阶段要求真空度不大于3×10-3Pa，若真空度达不到要求，需要延长保温时间，待满足真空度要求后，方可继续升温。

真空钎焊温度优选为高于钎料固液相线温度30℃-100℃，低于母材的固液相线温度[3]。保温时间应能保证钎料与母材充分作用，保证焊接接头的形成。保温时间过长或过短，都会影响焊接接头的质量。应延长使用工装组装的铝合金组件的焊接保温时间，以保证焊接接头质量。

真空钎焊后可选择自然随炉冷却和充气冷却。本次真空钎焊过程采用自然随炉冷却至室温，随后去除焊接件。

3 焊接质量

由于真空炉设备、工艺方法及环境等多方面因素的影响，钎焊过程中往往会产生焊接缺陷，如裂纹、溶蚀、变形等缺陷，需对焊接接头质量进行检验。检验内容一般包括尺寸及形位精度、变形量、焊接接头外部质量检验、接头强度、钎透率等。若设计文件及工艺文件没有要求进行接头强度、接头内部质量检验，则可不进行该项内容[3]。

4 结语

本文以某型铝合金机箱真空钎焊为例，对真空钎焊原理进行分析，结合实际生产中的经验，设计了铝合金加固机箱的真空钎焊工艺。根据加固机箱的结构特点，设计了专用工装夹具。通过对真空钎焊参数的分析、筛选和实验，确定了合理的工艺方案。提高了铝合金加固机箱的生产效率、提升了质量稳定性。对铝合金加固机箱的焊接具有一定的参考意义。

参考文献：

[1]吴国臣.对铝制钎焊板翅式散热器的研究[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（2）：49-50.

[2]刘刚，李言军，蔡莲莲，等.铝制翅板换热器真空钎焊技术的发展[J].科技、经济、市场，2015，13（7）：21-22.

[3]许彬，等.铝合金电子机箱钎焊工艺研究[J].电子工艺技术，2018，39（4）：235-237.

[4]龚雅娟，胡远.某型舰载机箱钎焊工艺设计[J].舰船电子工程，2017，278（8）：165-167.

作者简介：乔平（1987-），男，汉族，陕西咸阳人，本科，工程师，研究方向：机加工艺，真空钎焊。