鋁合金硬釬焊構(gòu)件質(zhì)量檢驗規(guī)則探討

張 梅

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

鋁合金硬釬焊構(gòu)件質(zhì)量檢驗規(guī)則探討

張 梅

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

文中闡述了鋁合金構(gòu)件的釬焊性能和接頭特點，明確焊縫接頭強度測算方法，并結(jié)合生產(chǎn)實際和經(jīng)驗詳細論述了鋁合金硬釬焊的焊縫質(zhì)量要求，給出了鋁合金硬釬焊焊接過程的質(zhì)量檢驗方法。目的是通過規(guī)范鋁合金構(gòu)件檢測標準，實現(xiàn)不同類型鋁合金釬焊構(gòu)件在生產(chǎn)中的質(zhì)量控制，進而有效保證鋁合金構(gòu)件的焊接質(zhì)量。

鋁合金；釬焊；檢驗規(guī)則

引 言

鋁及鋁合金由于密度小、熱導(dǎo)和電導(dǎo)率高，在近代工業(yè)材料中占有獨特的地位。在衛(wèi)星、飛機、火箭及雷達等產(chǎn)品上，為了減輕重量、降低能耗、提高效率和增強機動性，常竭盡可能地以鋁合金替代銅或鋼。因鋁釬焊具有焊接變形小、精度高等優(yōu)點，采用釬焊工藝鏈接復(fù)雜的鋁構(gòu)件是比較理想的方法[1]。近年來，鋁釬焊在我國得到了廣泛應(yīng)用。

鋁對氧的親和力極大，表面很容易生成一層穩(wěn)定致密的高熔點氧化膜，釬焊前必須清除干凈。在生產(chǎn)中，清除氧化膜使用的釬劑具有極強的腐蝕性，釬焊后需及時清除干凈，否則釬焊接頭將很快被腐蝕。在用硬釬料釬焊時，釬料與鋁合金母材的熔點接近，須嚴格控制釬焊溫度，否則極易造成鋁制件的過時效和退火等軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致釬焊接頭性能降低[2]。由此可見，必須采用科學(xué)的質(zhì)量管理辦法，實施有效的監(jiān)控和檢測手段，強化鋁釬焊過程的質(zhì)量控制和管理。在此，結(jié)合實際工作闡述鋁及鋁合金硬釬焊的質(zhì)量檢驗方法。

1 鋁合金硬釬焊構(gòu)件常規(guī)要求

為了更好地理解鋁合金硬釬焊質(zhì)量檢驗方法，先介紹采用的鋁合金硬釬焊技術(shù)要求。它是結(jié)合鋁合金釬焊構(gòu)件的具體特點編制的。常用釬焊接頭如圖1所示。

圖1 常用釬焊接頭形式

由于釬焊的焊料強度大多低于母材強度，只能獲得低組配的接頭，要達到與母材等強度，必須具有嚴格的最小釬縫間隙，這在實際生產(chǎn)中難以實現(xiàn)，而要提高接頭的承載能力，只有擴大釬縫的連接面積才有可能實現(xiàn)。搭接接頭不僅搭接面上毛細作用所需的間隙易于實現(xiàn)，而且只需略微增加搭接長度，接頭的承載能力即可獲得提高。所以設(shè)計釬焊的對接、T形接等接頭時盡可能使局部構(gòu)造“搭接化”[3]。根據(jù)鋁釬焊構(gòu)件的承載狀況、密封要求及散熱要求，設(shè)計釬焊構(gòu)件的接頭形式，劃分釬焊接頭的分類等級：

1)Ⅰ類接頭：承受一定的載荷，起連接、密封作用的鋁釬焊接頭。如：波導(dǎo)、平板裂縫天線、功分和差等高頻構(gòu)件以及有密封要求的管路、冷板、機箱等構(gòu)件的釬焊接頭。在該類釬焊接頭的構(gòu)件設(shè)計中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需提出具體的構(gòu)件接頭強度指標、注明密封性的具體要求。工藝設(shè)計人員必須在工藝文件中設(shè)計力學(xué)性能試驗樣件，試驗樣件的材料、接頭形式及釬焊工藝需與構(gòu)件保持一致。

2)Ⅱ類接頭：承載較小載荷，起導(dǎo)電、傳熱作用的鋁釬焊接頭。如：具有擴展散熱表面的板翅式換熱器的釬焊接頭。

3)Ⅲ類接頭：起一般連接作用的非重要鋁釬焊接頭。

2 鋁合金硬釬焊質(zhì)量要求

鋁合金接頭的釬焊質(zhì)量常決定構(gòu)件的性能，因此必須對其提出合理的質(zhì)量要求。

2.1 焊接強度

焊接強度必須滿足構(gòu)件設(shè)計需求。釬焊接頭強度試樣及計算方法如下：

1)試驗用結(jié)構(gòu)材料、釬料、釬劑、焊接方法、工藝應(yīng)與設(shè)計文件一致。

2)拉伸、剪切試驗用的試樣按技術(shù)條件規(guī)定執(zhí)行。

3)同種條件釬焊試樣的數(shù)量每組至少有3個，試樣釬焊后應(yīng)避免急冷，不需對試樣進行變形校正或熱處理。

4)試樣焊后加工過程中須避免使接頭產(chǎn)生變形的載荷，剪切試樣釬縫圓角及多余釬料須去除，清除時注意避免損傷試樣。

5)釬焊接頭的拉伸強度由式(1)求出：

σ=P/A

(1)

式中：σ為接頭拉伸強度，N/mm2；P為接頭的破壞載荷，N；A為破壞前的釬焊面積，mm2，A=釬縫寬度×板厚。

6)釬焊接頭的剪切強度由式(2)求出：

Γ=P/A

(2)

式中：Γ為接頭剪切強度，N/mm2；P為接頭的破壞載荷，N；A為破壞前的釬焊面積，mm2，A=試樣寬度×搭接長度。

2.2 焊縫的內(nèi)部及外觀質(zhì)量

鋁合金釬焊接頭內(nèi)部釬著率須滿足：對Ⅰ類接頭，釬著率≥85%；對Ⅱ類接頭，釬著率≥90%。焊接頭內(nèi)部不允許有裂紋，對于Ⅰ類釬焊接頭，內(nèi)部不允許有貫穿性缺陷。鋁合金釬焊接頭外表面不允許有裂紋、起皮、起泡、過燒等缺陷，其他外觀質(zhì)量要求如下：

1)不允許釬料未融化。

2)釬焊件表面不允許釬劑殘留，采用QF無腐蝕釬劑允許釬劑殘留，殘留釬劑允許量以不影響表面質(zhì)量及后續(xù)表面處理和其他加工要求為限。

3)有特殊表面要求的工件表面不允許釬料漫溢，若釬料漫溢面焊后還可進行表面修整或整面加工，可允許釬料漫溢。高頻構(gòu)件內(nèi)腔不允許釬料漫溢。

4)外部氣孔的直徑應(yīng)小于釬縫表面平均寬度的50%，但最大孔徑≤1 mm。高頻構(gòu)件每25 mm長的釬縫上只允許有一個外部氣孔。

5)高頻構(gòu)件密集表面氣孔區(qū)的最大直徑允許為釬縫表面寬度的50%，每25 mm長的釬縫上允許出現(xiàn)一個或數(shù)個密集表面氣孔區(qū)，但要求孔的直徑之和小于0.4 mm。

6)高頻構(gòu)件線形表面氣孔區(qū)的長度應(yīng)小于5 mm，其氣孔直徑之和應(yīng)小于0.4 mm，在任何25 mm長的釬縫上只允許出現(xiàn)一個線形表面氣孔區(qū)。

7)對于Ⅰ、Ⅱ類接頭，所有的釬縫邊緣應(yīng)形成連續(xù)、均勻、圓滑的釬焊角，不允許有外部未焊透。高頻構(gòu)件釬焊圓角按設(shè)計要求執(zhí)行；Ⅲ類接頭允許有斷續(xù)的外部未焊透，其總長度應(yīng)小于釬縫長度的10%，深度應(yīng)小于釬縫深度的10%。

8)對于Ⅰ、Ⅱ類接頭，允許少量、輕微分散性的可修整的腐蝕斑點，最大斑點直徑≤1 mm，深度≤0.05 mm。Ⅲ類接頭允許少量、輕微分散性的腐蝕斑點，最大斑點直徑≤2 mm，深度≤0.1 mm。

9)有特殊要求的工作表面不允許有溶蝕，并在有關(guān)文件中注明，Ⅰ類接頭高頻構(gòu)件不允許有可見的凹陷性溶蝕。表面不加工的冷板結(jié)構(gòu)釬縫允許少量可見凹陷性溶蝕，溶蝕深度應(yīng)小于母材厚度的5%，但最大深度≤0.5 mm，其累積長度應(yīng)小于釬縫長度的5%。Ⅱ類接頭允許有可見的凹陷性溶蝕，溶蝕深度應(yīng)小于母材厚度的5%～10%(可根據(jù)此處基體金屬的厚度判定)，但最大深度≤0.5 mm，其累積長度應(yīng)小于釬縫長度的10%。Ⅲ類接頭允許的溶蝕深度應(yīng)小于母材厚度的10%～20%(可根據(jù)此處基體金屬的厚度判定)，但最大深度≤0.8 mm，其累積長度應(yīng)小于釬縫長度的20%。

3 鋁合金硬釬焊檢驗規(guī)則

為了保證生產(chǎn)中各類過程構(gòu)件的焊接質(zhì)量，按照構(gòu)件的技術(shù)要求和重要程度將鋁合金硬釬焊的檢驗分為交收檢驗、鑒定檢驗、周期檢驗。交收檢驗是對生產(chǎn)中各類過程產(chǎn)品的過程檢驗；鑒定檢驗是針對新產(chǎn)品，當釬焊工藝試驗完成后，遵循相關(guān)焊接質(zhì)量評定標準所做的首件鑒定；周期檢驗是針對釬焊等特殊工藝過程，遵循相關(guān)焊接質(zhì)量評定標準，并按照典型釬焊工藝的要求，間隔一定周期進行的檢驗。鋁合金構(gòu)件檢驗要求見表1。

表1 鋁合金構(gòu)件檢驗要求

注：*設(shè)計有接頭強度要求時，采用試樣進行檢驗。

鋁合金硬釬焊構(gòu)件的檢驗應(yīng)在自然環(huán)境條件下進行。檢驗使用的設(shè)備、儀器、儀表等應(yīng)在周期檢定的有效期內(nèi)，其精度應(yīng)符合有關(guān)標準的規(guī)定，若標準未作規(guī)定，其精度應(yīng)不低于檢驗參數(shù)允許誤差的1/3。鋁合金構(gòu)件具體檢測方法如下。

3.1 外觀質(zhì)量檢測

鋁合金釬焊件表面不允許有裂紋、起皮、起泡，表面不允許有過燒，其他外觀質(zhì)量須符合2.2節(jié)相關(guān)要求。

外觀質(zhì)量檢驗時應(yīng)檢測焊縫的外形、表面裂紋、氣孔、縮松、未釬滿、溶蝕、節(jié)瘤、針孔、焊縫表面粗糙度和腐蝕等缺陷。

通過目視檢查法查看所有可見焊縫，甄別明顯的可見缺陷；通過放大鏡檢查肉眼難分辯的表面缺陷，如微小的裂紋、氣孔和溶蝕等；通過反光鏡檢查深孔、盲孔等；通過內(nèi)窺鏡檢查彎曲或遮擋部位的焊縫表面；通過滲透法檢查Ⅰ、Ⅱ類接頭的外觀，判定焊縫表面有無微小的肉眼較難分辯的裂紋、氣孔和針孔等缺陷。

具體檢測步驟：

1)預(yù)處理：對受檢表面及附近30 mm范圍內(nèi)進行清理，去除表面的熔渣、氧化皮、銹蝕、油污等，再用清洗劑清洗干凈，使工作表面充分干燥。

2)滲透：首先將試件浸漬于滲透液中或用噴霧器或刷子把滲透液涂在試件表面，并保證足夠的滲透時間(一般為15～30 mim)。如果試件表面有缺陷，滲透液就會深入缺陷。若對細小的缺陷進行檢驗，可將焊件預(yù)熱到40℃～50℃，然后進行滲透。

3)乳化：使用乳化型滲透劑時，在滲透后清洗前用浸浴、刷涂方法將乳化劑涂在受檢表面。乳化劑的停留時間根據(jù)受檢表面的粗糙度確定，一般為1～5 min。

4)清洗：待滲透液充分滲透到缺陷內(nèi)之后，用水或清洗劑將試件表面的滲透液洗掉。所用清洗劑有水、乳化劑及有機溶劑，如酒精和丙酮等。

5)顯像：把顯像劑噴灑或涂敷在試件表面，使殘留在缺陷中的滲透液析出，表面上形成放大的黃綠色熒光或紅色顯示痕跡。

6)觀察：對著色法，用肉眼直接觀察，對細小缺陷可借助3～10倍放大鏡觀察；對熒光法，借助紫外線光源的照射，使熒光物發(fā)光后觀察。熒光滲透液的顯示痕跡在紫外線照射下呈黃綠色，著色滲透液的顯示痕跡在自然光下呈紅色。

3.2 密封性檢測

根據(jù)構(gòu)件的設(shè)計要求對焊縫進行致密性檢驗，主要采用水壓試驗和氣壓試驗兩種方式。

1)水壓試驗(用水泵加壓試驗)。堵塞構(gòu)件出水口，將構(gòu)件內(nèi)灌滿水，堵塞所有孔，按設(shè)計要求加壓、保壓、觀察焊縫。在試驗壓力和試驗時間內(nèi)，檢查每條焊縫是否有滲水現(xiàn)象，如無滲水則判定為合格。試驗結(jié)束后，排凈腔內(nèi)的水，干燥存放，并貼放水標簽。

2)氣壓試驗。所用氣體應(yīng)是干燥、潔凈的空氣、氮氣或其他惰性氣體。按要求將構(gòu)件內(nèi)加壓，當試驗壓力達到規(guī)定值時，關(guān)閉氣閥門，停止加壓，涂肥皂水檢漏或觀察工作壓力表數(shù)值的變化，如沒有發(fā)現(xiàn)漏氣或壓力表數(shù)值穩(wěn)定，則為合格。

3.3 釬焊接頭力學(xué)性能檢測

當釬焊構(gòu)件的接頭有強度要求時，以試件形式進行接頭強度檢驗。釬焊接頭強度主要通過拉伸、剪切等試驗方法進行檢驗。焊接接頭拉伸試驗樣胚可以從焊接試件上垂直于焊縫軸線截取，機加工后焊縫軸線應(yīng)位于試樣平行長度的中心。對每個試驗試樣應(yīng)進行標記，以確定在被截取試件中的位置。試驗表面應(yīng)去除焊縫余高，保持與母材原始表面齊平。

3.4 內(nèi)部質(zhì)量檢測

鋁合金接頭內(nèi)部不允許有裂紋。對Ⅰ類接頭，內(nèi)部不允許有貫穿性缺陷，接頭內(nèi)部釬著率≥85%。

根據(jù)具體釬焊結(jié)構(gòu)特點用工業(yè)X射線實時成像檢測技術(shù)(X射線照相法)、模擬件破壞性試驗法、超聲C掃描檢驗接頭的內(nèi)部質(zhì)量。

對于工業(yè)X射線實時成像檢測，首先調(diào)整射線機工作臺零位，根據(jù)構(gòu)件大小及要觀察的位置調(diào)整接受器的高度。然后平穩(wěn)放置構(gòu)件，在構(gòu)件的觀察位置貼好像質(zhì)計。在進行X射線實時成像檢測時，像質(zhì)計緊貼在被檢構(gòu)件靠近射線源一側(cè)的表面上，與構(gòu)件同時檢測。最后根據(jù)工件厚度調(diào)整工作電壓，記錄清晰的缺陷形狀位置和形貌。

4 結(jié)束語

在實際生產(chǎn)制作過程中，鋁合金硬釬焊構(gòu)件的質(zhì)量檢測是極其重要的一環(huán)，也是產(chǎn)品質(zhì)量的最后防線，所以生產(chǎn)制造者應(yīng)該充分重視。在制造過程中必須嚴格遵守相關(guān)的質(zhì)量檢測規(guī)程。當然，規(guī)程的設(shè)計制定者也要根據(jù)生產(chǎn)實際，不斷地調(diào)整和完善，使鋁合金硬釬焊構(gòu)件的質(zhì)量檢測規(guī)程更加合理適用，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

[1] 方洪淵, 馮吉才. 材料連接過程中的界面行為[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2005.

[2] 張啟運, 莊鴻壽. 釬焊手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1998.

[3] 王洪光. 實用焊接工藝手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

張 梅(1964-)，女，工程師，主要從事機械檢驗與質(zhì)量控制工作。

Discussion on Quality Inspection Rules of Aluminum Alloy Brazing Component

ZHANG Mei

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

This paper describes the brazing properties and weld-joint characteristics of Aluminum alloy compo-nents, determines the calculation method of weld-joint strength, describes the weld quality requirements ofaluminum 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.

aluminum alloy; brazing; inspection rules

2014-05-03

TG454

A

1008-5300(2014)04-0051-03