铝合金硬钎焊构件质量检验规则探讨

Abstract： This paper describes the brazing properties and weld-joint characteristics of Aluminum alloy components ，determines the calculation method of weld - joint strength ，describes the weld quality requirements of aluminum alloy brazing in detail according to production practice and experience，and presents the quality inspection method for the welding procedure of aluminum alloy brazing． The purposes is to achieve the quality control in the production of various types of aluminum alloy brazing components through standardizing the test of aluminum alloy components，so as to effectively ensure the welding quality of aluminum alloy components． Key words： aluminum alloy； brazing； inspection rules
1） Ⅰ类接头： 承受一定的载荷，起连接、密封作用 的铝钎焊接头。如： 波导、平板裂缝天线、功分和差等 高频构件以及有密封要求的管路、冷板、机箱等构件的 钎焊接头。在该类钎焊接头的构件设计中，结构设计 人员需提出具体的构件接头强度指标、注明密封性的 具体要求。工艺设计人员必须在工艺文件中设计力学 性能试验样件，试验样件的材料、接头形式及钎焊工艺 需与构件保持一致。
1 铝合金硬钎焊构件常规要求
为了更好地理解铝合金硬钎焊质量检验方法，先介 绍采用的铝合金硬钎焊技术要求。它是结合铝合金钎 焊构件的具体特点编制的。常用钎焊接头如图 1 所示。
图 1 常用钎焊接头形式
由 于钎焊的焊料强度大多低于母材强度 ，只能获
* 收稿日期： 2014 － 05 － 03
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·工艺技术·
3） 乳化： 使用乳化型渗透剂时，在渗透后清洗前用 浸浴、刷涂方法将乳化剂涂在受检表面。乳化剂的停留 时间根据受检表面的粗糙度确定，一般为 1 ～ 5 min。
4） 清洗： 待渗透液充分渗透到缺陷内之后，用水 或清洗剂将试件表面的渗透液洗掉。所用清洗剂有 水、乳化剂及有机溶剂，如酒精和丙酮等。
电子机械工程
2014 年 8 月
得低组配的接头，要达到与母材等强度，必须具有严格 的最小钎缝间隙，这在实际生产中难以实现，而要提高 接头的承载能力，只有扩大钎缝的连接面积才有可能 实现。搭接接头不仅搭接面上毛细作用所需的间隙易 于实现，而且只需略微增加搭接长度，接头的承载能力 即可获得提高。所以设计钎焊的对接、T 形接等接头 时尽可能 使 局 部 构 造“搭 接 化 ”［3］。 根 据 铝 钎 焊 构 件 的承载状况、密封要求及散热要求，设计钎焊构件的接 头形式，划分钎焊接头的分类等级：
Discussion on Quality Inspection Ｒules of Aluminum Alloy Brazing Component
ZHANG Mei （ Nanjing Ｒesearch Institute of Electronics Technology， Nanjing 210039，China）
第 30 卷第 4 期
张 梅： 铝合金硬钎焊构件质量检验规则探讨
·工艺技术·
厚度的 10% ～ 20% （ 可根据此处基体金属的厚度判 定） ，但最大深度≤0． 8 mm，其累积长度应小于钎缝长 度的 20% 。
3 铝合金硬钎焊检验规则
为了保证生产中各类过程构件的焊接质量，按照
构件的技术要求和重要程度将铝合金硬钎焊的检验分 为交收检验、鉴定检验、周期检验。交收检验是对生产 中各类过程产品的过程检验； 鉴定检验是针对新产品， 当钎焊工艺试验完成后，遵循相关焊接质量评定标准 所做的首件鉴定； 周期检验是针对钎焊等特殊工艺过 程，遵循相关焊接质量评定标准，并按照典型钎焊工艺 的要求，间隔一定周期进行的检验。铝合金构件检验 要求见表 1。
引言
铝及铝合金由于密度小、热导和电导率高，在近代 工业材料中占有独特的地位。在卫星、飞机、火箭及雷 达等产品上，为了减轻重量、降低能耗、提高效率和增 强机动性，常竭尽可能地以铝合金替代铜或钢。因铝 钎焊具有焊接变形小、精度高等优点，采用钎焊工艺链 接复杂的铝构件是比较理想的方法［1］。近年来，铝钎 焊在我国得到了广泛应用。
第 30 卷第 4 期 2014 年 8 月
电子机械工程
Electro － Mechanical Engineering
Vol． 30． No． 4 Aug． 2014
铝合金硬钎焊构件质量检验规则探讨*
张梅
（ 南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039）
摘 要： 文中阐述了铝合金构件的钎焊性能和接头特点，明确焊缝接头强度测算方法，并结合生产实际 和经验详细论述了铝合金硬钎焊的焊缝质量要求，给出了铝合金硬钎焊焊接过程的质量检验方法。目 的是通过规范铝合金构件检测标准，实现不同类型铝合金钎焊构件在生产中的质量控制，进而有效保证 铝合金构件的焊接质量。 关键词： 铝合金； 钎焊； 检验规则 中图分类号： TG454 文献标识码： A 文章编号： 1008 － 5300（ 2014） 04 － 0051 － 03
1） 试验用结构材料、钎料、钎剂、焊接方法、工艺 应与设计文件一致。
2） 拉伸、剪切试验用的试样按技术条件规定执行。 3） 同种条件钎焊试样的数量每组至少有 3 个，试样 钎焊后应避免急冷，不需对试样进行变形校正或热处理。 4） 试样焊后加工过程中须避免使接头产生变形 的载荷，剪切试样钎缝圆角及多余钎料须去除，清除时 注意避免损伤试样。 5） 钎焊接头的拉伸强度由式（ 1） 求出：
2） Ⅱ类接头： 承载较小载荷，起导电、传热作用的 铝钎焊接头。如： 具有扩展散热表面的板翅式换热器 的钎焊接头。
3） Ⅲ类接头： 起一般连接作用的非重要铝钎焊 接头。
2 铝合金硬钎焊质量要求源自铝合金接头的钎焊质量常决定构件的性能，因此 必须对其提出合理的质量要求。 2． 1 焊接强度
焊接强度必须满足构件设计需求。钎焊接头强度 试样及计算方法如下：
铝合金钎焊接头内部钎着率须满足： 对Ⅰ类接 头，钎着率 ≥85% ； 对 Ⅱ 类 接 头，钎 着 率 ≥90% 。焊 接 头 内 部 不 允 许 有 裂 纹 ，对 于 Ⅰ 类 钎 焊 接 头 ，内 部 不 允许有贯穿性缺陷。铝合金钎焊接头外表面不允许 有 裂 纹 、起 皮 、起 泡 、过 烧 等 缺 陷 ，其 他 外 观 质 量 要 求 如下：
铝合金硬钎焊构件的检验应在自然环境条件下进 行。检验使用的设备、仪器、仪表等应在周期检定的有 效期内，其精度应符合有关标准的规定，若标准未作规 定，其精度应不低于检验参数允许误差的 1 /3。铝合 金构件具体检测方法如下。 3． 1 外观质量检测
铝合金钎 焊 件 表 面 不 允 许 有 裂 纹、起 皮、起 泡， 表面不允许有 过 烧，其 他 外 观 质 量 须 符 合 2． 2 节 相 关要求。
外观质量检验时应检测焊缝的外形、表面裂纹、气 孔、缩松、未钎满、溶蚀、节瘤、针孔、焊缝表面粗糙度和 腐蚀等缺陷。
通过目视检查法查看所有可见焊缝，甄别明显的 可见缺陷； 通过放大镜检查肉眼难分辩的表面缺陷，如 微小的裂纹、气孔和溶蚀等； 通过反光镜检查深孔、盲 孔等； 通过内窥镜检查弯曲或遮挡部位的焊缝表面； 通 过渗透法检查Ⅰ、Ⅱ类接头的外观，判定焊缝表面有无 微小的肉眼较难分辩的裂纹、气孔和针孔等缺陷。
铝对氧的亲和力极大，表面很容易生成一层稳定 致密的高熔点氧化膜，钎焊前必须清除干净。在生产 中，清除氧化膜使用的钎剂具有极强的腐蚀性，钎焊后 需及时清除干净，否则钎焊接头将很快被腐蚀。在用 硬钎料钎焊时，钎料与铝合金母材的熔点接近，须严格 控制钎焊温度，否则极易造成铝制件的过时效和退火
等软化现 象，导 致 钎 焊 接 头 性 能 降 低［2］。 由 此 可 见， 必须采用科学的质量管理办法，实施有效的监控和检 测手段，强化铝钎焊过程的质量控制和管理。在此，结 合实际工作阐述铝及铝合金硬钎焊的质量检验方法。
表 1 铝合金构件检验要求
检验项目 交收检验
接头类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 钎焊接头强度 * — —
外观质量 √ √ √ 内部质量 — — —
密封性 √ — —
检验类别 周期检验 ⅠⅡⅢ √√√ √√√ √√— √——
鉴定检验 ⅠⅡⅢ √√√ √√√ √√— √——
注： * 设计有接头强度要求时，采用试样进行检验。
具体检测步骤： 1） 预处理： 对受检表面及附近 30 mm 范围内进行 清理，去除表面的熔渣、氧化皮、锈蚀、油污等，再用清 洗剂清洗干净，使工作表面充分干燥。
2） 渗透： 首先将试件浸渍于渗透液中或用喷雾器 或刷子把渗透液涂在试件表面，并保证足够的渗透时 间（ 一般为 15 ～ 30 mim） 。如果试件表面有缺陷，渗透 液就会深入缺陷。若对细小的缺陷进行检验，可将焊 件预热到 40℃ ～ 50℃ ，然后进行渗透。
σ = P/A
（ 1）
式中： σ 为接头拉伸强度，N / mm2； P 为接头的破坏载荷， N； A 为破坏前的钎焊面积，mm2，A = 钎缝宽度 × 板厚。
6） 钎焊接头的剪切强度由式（ 2） 求出：
Γ = P/A
（ 2）
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式中： Γ 为接头剪切强度，N/ mm2； P 为接头的破坏载荷，N； A 为破坏前的钎焊面积，mm2，A = 试样宽度 × 搭接长度。 2． 2 焊缝的内部及外观质量
1） 不允许钎料未融化。 2） 钎焊件表面不允许钎剂残留，采用 QF 无腐蚀 钎剂允许钎剂残留，残留钎剂允许量以不影响表面质 量及后续表面处理和其他加工要求为限。 3） 有特殊表面要求的工件表面不允许钎料漫溢， 若钎料漫溢面焊后还可进行表面修整或整面加工，可 允许钎料漫溢。高频构件内腔不允许钎料漫溢。 4） 外部气孔的直径应小于钎缝表面平均宽度的 50% ，但最大孔径≤1 mm。高频构件每 25 mm 长的钎 缝上只允许有一个外部气孔。 5） 高频构件密集表面气孔区的最大直径允许为 钎缝表面宽度的 50% ，每 25 mm 长的钎缝上允许出现 一个或数个密集表面气孔区，但要求孔的直径之和小 于 0． 4 mm。 6） 高频构件线形表面气孔区的长度应小于 5 mm， 其气孔直径之和应小于 0． 4 mm，在任何 25 mm 长的 钎缝上只允许出现一个线形表面气孔区。 7） 对于Ⅰ、Ⅱ类接头，所有的钎缝边缘应形成连 续、均匀、圆滑的钎焊角，不允许有外部未焊透。高频 构件钎焊圆角按设计要求执行； Ⅲ类接头允许有断续 的外部未焊透，其总长度应小于钎缝长度的 10% ，深 度应小于钎缝深度的 10% 。 8） 对于Ⅰ、Ⅱ类接头，允许少量、轻微分散性的可修整 的腐蚀斑点，最大斑点直径≤1 mm，深度≤0． 05 mm。Ⅲ 类接头允许少量、轻微分散性的腐蚀斑点，最大斑点直 径≤2 mm，深度≤0． 1 mm。 9） 有特殊要求的工作表面不允许有溶蚀，并在有 关文件中注明，Ⅰ类接头高频构件不允许有可见的凹 陷性溶蚀。表面不加工的冷板结构钎缝允许少量可见 凹陷性溶蚀，溶蚀深度应小于母材厚度的 5% ，但最大 深度≤0． 5 mm，其累积长度应小于钎缝长度的 5% 。 Ⅱ类接头允许有可见的凹陷性溶蚀，溶蚀深度应小于 母材厚度的 5% ～ 10% （ 可根据此处基体金属的厚度 判定） ，但最大深度≤0． 5 mm，其累积长度应小于钎缝 长度的 10% 。Ⅲ类接头允许的溶蚀深度应小于母材