6063铝合金钎焊工艺研究

Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ｜金属铸锻焊技术
序号
ｌ ２ ３ ４
表２钎焊试样剪切试验结果 Ｔａｂ．２ Ｓｈｅａｒｉｎｇ ｔｅｓｔ ｏｆ ｂｒａｚｅｄ ｊｏｉｎｔ
拉伸强度／ＭＰａ
１３７．５ １４５．８ １４１．７ １３８．５
备注
使朋焊丝，母材被挖断 使用焊丝。母材设｝≈断 使用焊丝，母材被托断 使用焊丝．母材被拉断
由于焊接过程中加热的不均匀性，不可避免 的存在焊接变形问题，必须设计实用的焊接Ｔ装， 以保证有效地解决成型门窗的“鼓肚”变形现象。 针对焊接过程的热变形。使用ＡＮＳＹＳ软件进行 了三维瞬态有限元数值模拟计算。
焊接前首先去除工件表面的油污；其次将工 件浸入６０℃、质量分数为１０％的ＮａＯＩ：Ｉ溶液中 碱洗２０ｓ后取出，并用清水冲洗干净；最后将工件 浸入质量分数为２０％的ＨＮＯ，溶液中亮蚀３０Ｓ后
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｗ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ Ｘｉａｎｙａｎｇ ７１２０００，Ｃｈｉｒｕｗ＂２．Ｎｏ．２１０ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｈｅ ＳｅｃｏｎｄＡｃａｄｅｍｙ ｏｆＣｈｉｎａＡｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ｌｎｄｔｔｓｔｒｙ ｃ０甲，Ｘｉ＇ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
焊后。将Ｔ件表面残渣用毛刷清理干净；放入 质量分数为１０％的ＮａＯＨ溶液中碱洗１０～２０ｓ， 然后再用清水冲洗干净；最后将工件放人质量分 数为２０％的ＨＮＯ，溶液中亮蚀３０ｓ，然后用清水 冲洗干净再用压缩空气吹干。接头依次经过磨光、 抛光、侵蚀、烘干后采用光学显微镜（ＸＪＰ－６Ａ）进 行钎缝微观组织分析（侵蚀剂为：氢氟酸４ｍｌ，盐 酸６ｍｌ，硝酸１０ｍｌ，蒸馏水１９０ｍｌ的混合溶液）。
０．８ ｌＴＬｒｆｌ。
图１铝型材的三Fra Baidu bibliotek图样
Ｆｉｇ．１ ３－ｄ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ
图２温度场有限元分析结果 Ｆｉｇ．２ ＦＥＭ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒｃｉｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ
图３热应力有限元分析结果 Ｆｉｇ．３ ＦＥＭ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ
ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ
ＡＩ 余量
钾盐，其中钎剂占药芯焊丝总重量的３０％。通常 情况下，氟铝酸盐钎剂不适合于火焰钎焊，这是因 为可燃气体燃烧后的废气主要是水蒸气，而高温 使得ＫＡ！Ｆ４水解，氧化铝残渣增多，要费很多的钎 剂才能完成钎焊且接头不美观。有经验的焊工常 在焊接前将丁件充分预热。尽量缩短火焰和钎剂 的接触时间才能获得较满意的接头。由于采用药 芯Ａ１．Ｓｉ焊丝．这样的焊丝在焊接前不用在工件 表面涂抹钎剂．当预热温度达到钎焊温度时直接 将焊丝加到焊缝处，使焊丝熔化，钎剂去除氧化 膜、钎料漫流人缝，这在很大程度上缩短了火焰和 钎剂的接触时间．使得火焰钎焊在使用氟铝酸盐 钎剂时具有了理想的工艺性。
２．３门窗焊接质量 参照ＧＢｌｌ３６３．８９《钎焊接头强度试验方法》，
采用ＤＬＹ．１０Ａ万能材料试验机进行钎焊接头剪 切强度测试试验，结果如表２所示。可见，采用药芯 Ａ１．Ｓｉ焊丝（药芯为氟化物钎剂）的焊缝，其焊缝强 度平均超过了１４０ＭＰａ。观察破坏后的焊缝试样发 现，钎料在钎缝中填充均匀且饱满，无夹渣现象。这 说明，铝钎焊药芯Ａｌ—Ｓｉ焊丝具有很好的流动性和 填缝性．是一种工艺性能优良的钎焊焊丝。
焊接完成后，对接头进行宏观观察，发现焊缝 表面连续致密，焊角光滑均匀，呈凹下圆弧过渡。 且表面未存在裂纹、气孔、疏松、节瘤和腐蚀斑点 等，钎料对基体金属也无明显可见的凹陷性溶蚀。 钎焊接头具有较好的气密性。
对门窗框外形尺寸检测发现．门对角线误差 小于１．５ｉｉｌｌｎ，直线度指标１．５１－ｎｌｎ，平面度为整体 ２ｍｍ。这些指标均低于用氩弧焊焊接时的结果。 满足了设计所允许的尺寸偏差要求。
２实验结果及分析
２．１有限元模拟结果及工装设计 铝型材的三维图样如图ｌ所示。在计算机有
限元数值模拟过程中。假设１７００ｍｍ铝型材一端 固定．另一端加热到５９０℃，经过热稳定过程，形 成如图２所示的温度分布图和图３所示的应力分 布图。在热应力的作用下，铝型材发生“鼓肚”变 形。变形状况如图４所示，其中变形的最大值约为
焊接质量，满足了使用要求。
关键词：６０６３铝合金；门窗框；钎焊工艺
中图分类号：ＴＧ４５４；ＴＧ４５７．１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００ｌ－３８１４（２００８）１７－０１ １３—０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｒａｚｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ Ｓｉｚｅ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｄｏｏｒｆｒａｍｅ Ⅵ，Ａ ＮＧ Ｙａｎｆａｎ９１．ＺＨＡＯ Ｚｈｅｎｆ
上半月出版
Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·ｗｅｌｄｉｎｇ｜金属铸锻焊技术
６０６３铝合金钎焊工艺研究
王艳芳１。赵征２ （１．陕西工业职业技术学院材料科学与工程系，陕西成阳７１２０００；２．航天科工集团二院２１０所，陕西西安
７１００６５）
摘要：针对大尺寸６０６３铝合金门窗框的焊接成型工艺进行了研究。通过对焊接材料、焊接规范、焊接工装
３结论
（１）对于６０６３铝合金门窗框的焊接，采用 Ａ１．Ｓｉ合金药芯焊丝（其中包含氟铝酸钾盐钎剂） 配合火焰钎焊工艺可以得到光滑、美观、气密性好 的钎缝，其焊缝强度平均超过了１４０ＭＰａ。
（２）在火焰加热以及工装夹具的保证下，焊接 变形得到控制，满足实际需求，实现了大尺寸铝合 金的成型工艺。
图５钎缝组织彤貌 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｊｏｉｎｔ
等方面进行的试验和分析，确定了６０６３铝合金门窗框的钎焊采用无腐蚀性的Ａ１．Ｓｉ合金铝钎焊药芯焊丝作为钎
料，汽油火焰作为加热热源的工艺方案，并通过有限元分析设计了简单易用的焊接工装以控制焊接变形。最后对
钎焊接头进行了微观组织、外观变形及尺寸的测试实验，结果表明，该钎焊工艺过程有效保证了铝合金门窗框的
的体积和质量。对于火焰钎焊最好采用不锈钢或 缝的应力分布不均匀及夹渣等缺陷。除此之外，工
发蓝处理的钢材以免使夹具和铝合金母材在钎焊 装夹具对防止焊后可能出现的微裂纹也具有很重
时被焊在一起。而工装在装配时应尽量保证使焊 要的作用。根据焊接变形情况和铝合金钎焊对工
接接头处于空气中．这可避免热量传递不均而带 装夹具的要求．设计了相应的工装夹具，有效保证
来的焊不透等缺陷．还可提高加热效率。
了焊接变形控制在生产允许的范围内。
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万方数据
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８，Ｖ０１．３７，Ｎｏ．１ ７
上半月出版
２．２接头显微组织分析 在触．Ｓｉ合金共晶组织中，Ｓｉ相在铸态下呈
现卷曲的片状，金相截面呈线状，其力学性能不 佳，但能接受其它合金元素的变质处理，使得Ｓｉ 相变成树枝状，金相截面成蠕状，再经一定的保温 处理则会进一步变成粒状。变质的钎料在钎焊后 仍能保持某些变质结构，使得钎缝的强度大大提 高。除此之外，钎焊后的冷却速度也会影响到Ｓｉ 相的组织形态。随着冷却速度加快，Ｓｉ相组织将 会进一步细化问。但是，不能为了追求快的冷却速度 而对钎焊刚刚结束的钎缝采用水冷的方法进行冷 却，这会引起很大的激冷变形。图５为６０６３铝合金 钎缝组织形貌，因该铝合金中硅和铁的含量接近于 三相共晶成分，故ｏｔ固溶体初晶极少，而组织几乎 全部为ｏｔ与Ｓｉ二相共晶体。由图５可见，该共晶体 呈长条状。由于成分的局部偏析，接头中有少量呈 多面体状的初晶Ｓｉ，如图５（ｂ）箭头所指。
收稿日期：２００８．０６．１０ 作者简介：王艳芳（１９７５．）。女。陕西咸阳人，讲师，Ｔ学硕士，主要
从事焊接丁艺及设备研究；电话：１５８９１６５５８００； Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｋｅｈａｉ＠１６３．ｔｏｎｉ
熔点低的包在里面，便造成了焊接的困难性。除此 之外，铝及其合金在焊接加热过程中，颜色变化不 明显．使得焊接操作更加困难１２ｌ。所以，对于铝型 材门窗的焊接，钎焊是一种适宜的选择。
６０６３铝合金是生产集装箱式工作间的主要 材料，该工作间可以为人员和设备仪器提供适宜 的环境和保护。由于集装箱式工作间采用铝合金 型材制造，所以解决大尺寸铝合金的成型工艺成 为之关键。由于铝合金表面有一层致密的Ａ１２０， 氧化膜，其稳定性很高，熔点达２３００℃左右，严重 妨碍焊接过程的进行。而铝合金的熔点却很低， 只有６６０℃左右，它与表面的Ａｌ：Ｏ，氧化膜相比， 一个熔点非常高，一个又非常低，并且熔点高的将
１研究方案
６０６３铝合金门窗框的钎焊，采用汽油钎焊 机．并在钎焊时采用梅花形焊嘴。用汽油火焰作为 加热热源．主要是因为汽油火焰温度低、柔和、分 散面大。不容易烧伤母材，利于钎焊加工。而梅花 形焊嘴能够使火焰在钎焊面呈分散状，加热速度 快。热量较为分散，不易烧伤母材，保证了较好的 焊接质量。
钎焊铝合金一般采用Ａｌ—Ｓｉ共晶系合金添加 微量稀土元素．将其熔点降到５５０℃左右的钎料。 这种钎料焊出的接头强度高，抗裂性能好１３－５１。装箱 式工作间门窗框的钎焊采用Ａｌ—Ｓｉ合金铝钎焊药 芯焊丝（钎料中心包含焊剂）作为钎料，其成分如 表１所示。该焊丝为无腐蚀性焊丝，钎剂为氟铝酸
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｗｈｏｌｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ６０６３ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐｒｅ－ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｂｒａｚｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ Ａｌ—Ｓｉ ａｌｌｏｙ ｗｉｒｅｓ ＣＯｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｇａｓｏｌｉｎｅ ｆｌａｍｅ ｗｉｔｈ ｑｕｉｎｃｕｎｘ ｎｏｚｚｌｅ Ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｈｅａｔｉｎｇ ８０ｕｒｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）ａｎａｌｙｓｉｓ．ａ ｓｅｔ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔ０ ｃｏｎｔｒｏｌ
《热加工工艺》２００８年第３７卷第１７期
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万方数据
金属铸锻焊技术｜Ｃａｓｔｉｎｇ·Ｆｏｒｇｉｎｇ·Ｗｅｌｄｉｎｇ
２００８年９月
表１ ＡＩ．Ｓｉ共晶系合金铝钎焊焊丝合金成分（质量分数，％）
Ｓｉ
Ｆｅ
Ｃｕ
ｌ １．Ｏ～１４．０ｌ ０．５０ Ｏ．０３
Ｍｎ Ｏ．１５
Ｍｇ ０．１０
Ｚｎ Ｏ．１０
Ｔｉ Ｏ．１５
图４铝型材发生焊接变形图样
Ｆｉｇ．４ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ
铝合金在焊接受热时比较软，线膨胀系数比
工装夹具在防止焊接变形的同时也必须保证
其它金属要大约１／３．因此对于夹具的设计而言， 当母材达到钎焊温度时，接头之间尚留有一定的
必须采用挠性较好的材料．且尽量减少夹具本身 间隙。合适的间隙能保证钎料的均匀流布，避免钎
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：６０６３ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｄｏｏｒｆｒａｍｅ；ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
对于铝合金的焊接．传统方法主要以熔化焊 接为主，但设备相对复杂，且对焊工的技术要求比 较严格。钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有 焊件变形小、尺寸精度高等优点。近年来在我国得 到广泛应用【１１。
ｂｒａｚｉｎｇ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｐｐａｒｅｎｔ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｚｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃａｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｄｏｏｒｆｒａｍｅ．
取出．用清水冲洗干净，并用压缩空气吹千，备焊。 焊接时．将按工艺要求清理装卡固定好的工
件用火焰预热均匀．当温度接近钎料熔点时．将加 有钎剂的药芯焊丝预热。当温度高于钎料熔点 ２０＂－＇５０℃时，迅速将药芯焊丝放在焊缝处，钎剂 熔化清除氧化膜，而钎料借工件上热量熔化，并迅 速湿润．漫流填缝。焊后需将工件自然冷却至１００ ℃以下再放人清水中清洗。以防工件激冷变形。