铝合金钎焊

铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。

火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源[sup][5][/sup]。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。

盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。

真空钎焊和保护气氛炉中钎焊由于其各自独特而优良的工艺，在铝和铝合金的钎焊中应用比较多，而且发展也比较快，下面重点介绍。

[B]1．1 真空钎焊[/B]

铝比较活泼，容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时，单纯依靠真空条件难以去除氧化物，必须同时借助于某些金属活化剂，如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理：一方面，活化剂与真空中残留的O[sub]2[/sub]和H[sub]2[/sub]O反应，消除了它们对铝钎焊时的有害作用；另一方面，Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的Al-Si-Mg合金，钎焊时，该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合，使熔化的钎料得以润湿母材，在膜下母材上铺展，并将表面膜浮起而去除。

铝合金真空钎焊时，应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。

在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污，可以用酒精擦拭。对钎料的处理，一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜，再用酒精擦掉油污。对于较大的工件，在焊接前进行预热，以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜，对于结构复杂的焊件，为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用，国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施，取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内，在其中放人Mg屑，然后置于真空钎焊炉中进行钎焊，这样可以大大提高钎焊质量。

真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度，要得到高质量的接头，很大程度上取决于真空度的大小。根据一些工作人员多年的经验，如果钎焊设备较长时间没有使用过，应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时，尤其是批量生产时，两次使用的时间间隔应尽量缩短，这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。

真空钎焊是一种优良的钎焊方法，但也存在着设备复杂、昂贵，真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平，今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。

[B]1．2 保护气氛中钎焊[/B]

铝的真空钎焊由于设备昂贵，技术比较复杂，其应用受到一定的限制。为了解决这个问题，我们可以用一个中性气氛环境来代替真空。这样，对系统渗漏率的要求降低，设备比较简单，而且减少了挥发元素沉积引起的设备维修问题，生产成本较低。这种方法的加热主要依靠电流，加热速度较快且均匀，既能保证产品质量又能提高生产率。近年来，中性气体保护铝钎焊受到重视，发展较快，是一种很有前途的铝钎焊方法。

铝合金的气体保护钎焊，其去膜机理跟铝真空钎焊的一样，主要靠Mg活化剂来完成。这里不再赘叙。在钎料中添加Bi，可以提高钎焊质量。对于铝合金气体保护钎焊的气氛一般采用氩气和纯氮气，氮气的纯度必须大于99．99％。有报道，对于Al/Al、Al/Cu等接头，有一种连接方法是利用扩散钎焊的原理，在接近于大气压的氮气气氛中，在铝表面喷涂由Si 和钾-氟化铝钎剂组成的混合粉末进行钎焊，效果较理想。其中的Si可以用Cu、Ge、Zn等与Al形成低熔点共晶的金属来代替[sup][6][/sup]。

[B]2 钎料[/B]

钎焊时，焊件是依靠熔化的钎料凝固后连接起来的。因此，焊缝的质量在很大程度上取决于钎料。铝钎料主要以Al-Si合金为主。有时加入Cu、Zn、Ge等元素以满足工艺性能的要求。经过多年的实践摸索，现已形成几个系列的铝钎料，其中许多钎料配合合适的工艺，均得到了令人满意的钎焊效果。下面主要介绍几种新的和常用的铝合金硬钎料。

[B]2．1 Al-Si系钎料[/B]

Al-Si系钎料是以Al-Si共晶成分为基的钎料，同时也包括亚共晶、过共晶及添加元素不高于5％的Al-Si合金。该系列钎料的钎焊性强度和母材色泽性、镀覆性及抗腐蚀性能都比较好，是一种较好的钎料。而且该系列钎料还能进行变质处理，可以大大增加钎料和钎缝的韧性及折弯性能。现在利用快速凝固技术发展起来一种新型的Al-Si合金钎料，与普通晶态的钎料相比，这种钎料的液相点约比同成分普通晶态钎料的低3-5℃，润湿系数提高18％，强度提高28．4％，且其波动小，具有一定的加工柔性[sup][7][/sup]。

[B]2．2 铜钎料[/B]

铜是利用接触反应钎焊原理进行焊接的。目前铝接触反应钎焊被认为是解决铝钎焊问题较理想的方法。该方法有如下优点：①不加钎剂，对环境无污染，钎焊产品无需清洗，钎缝无化学腐蚀；②选择合适的共晶反应合金层可以降低钎焊温度，这不仅降低了能耗，使钎焊过程易于控制，而且对设备要求不高，Cu在铝基体上的接触反应有明显的表面优先铺展，可以破除氧化膜，有利于接触反应钎焊过程中接头界面间均匀液相填充层的形成；另一方面接触反应在铝基体的深度方向的晶界优先渗透，可以保证钎焊接头的结合强度。有资料表明，以Cu作为中间层材料进行铝接触反应钎焊的合适工艺参数为：钎焊温度570-580℃，保温时间15-20min[sup][8][/sup]。但是Cu焊接头的抗电化学腐蚀性能较差，且共晶反应层较脆，为了改善单独Cu作为钎料的性能，可以在其中加入一些其他元素。与铝合金接触反应钎焊的钎料金属有Ag、Ni、Si、Zn、Ti等。

[B]2．3 铜、锌复合层作为反应钎料[/B]

为了弥补Zn、Cu单独作为钎料带来的不足，可以采用两者的复合层。采用Cu、Zn复合层进行接触共晶反应钎焊，Cu/Zn界面发生包晶反应，Cu/Al界面发生共晶反应，并形成共晶液相，破除铝表面的氧化膜。Cu、Zn复合层作为铝钎焊反应钎料，Cu、Zn含量必须合适，有资料提出，当δ(Zn)=0．2mm，δ(Cu)＜0．1 mm时，钎焊结果比较理想。此时，反应层不