鋁釬焊接技術(shù)在鋁殼體中的應(yīng)用

李文學(xué) 李 杰

（航天南湖電子信息技術(shù)股份有限公司，湖北 荊州434000）

1 概述

我廠某鋁殼體零件（結(jié)構(gòu)示意圖參見圖1）外形尺寸大，壁薄，數(shù)量多，以前采用傳統(tǒng)鋁板下料銑削加工工藝，機(jī)械加工工作量大、加工難度高極易變形，加工完成后還需要進(jìn)行熱處理消除加工應(yīng)力，工序復(fù)雜且生產(chǎn)成本高，廢品率較高。殼體長(zhǎng)度約1200mm、寬220mm、總高45mm、壁厚為3mm，材料利用率極低僅為13.5%。

圖1 殼體結(jié)構(gòu)示意圖

因此我們考慮采用焊接方法來(lái)代替原始機(jī)械加工方法，來(lái)達(dá)到節(jié)約成本，減少加工量和難度。我們對(duì)其結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行分析，在鋁板焊接方面一般采用氬弧焊和鋁釬焊，如果采用一般的氬弧焊進(jìn)行拼焊，焊接量較大且焊接變形難以控制，尺寸容易出現(xiàn)超差。經(jīng)過(guò)多次摸索、試驗(yàn)，我們認(rèn)為氮?dú)鉅t中保護(hù)釬焊較適合本鋁殼體的焊接。本鋁殼體較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，焊接接頭較多，因此焊接接頭的設(shè)計(jì)、裝配控制、釬焊工藝參數(shù)等是本鋁殼體釬焊的難題。

2 鋁釬焊原理

釬焊時(shí)把裝配好并加上釬料（鋁箔）及釬劑的工件放入氮?dú)獗Ｗo(hù)釬焊電爐中，工件被加熱到釬焊溫度后，釬料流入接頭間隙，取出冷卻后便將工件焊牢形成釬焊接頭。氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中釬焊具有較高的溫度均勻性，溫差不超過(guò)5℃。

3 母材的選擇

鋁及鋁合金的釬焊的操作難度大，主要原因在于鋁及鋁合金的熔點(diǎn)與所選用的硬釬料的熔點(diǎn)相差不大，釬焊時(shí)可選擇的溫度范圍很窄，容易出現(xiàn)母材過(guò)熱甚至熔化。一些熱處理強(qiáng)化的鋁合金還會(huì)因?yàn)殁F焊加熱引起時(shí)效或退火等軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致性能降低。

用于釬焊的鋁合金材料為主要有3A21、6A02、6063，具體對(duì)比參見表1?？紤]到殼體對(duì)耐腐蝕性要求高，因此選擇3A21 鋁合金為主體材料，兼顧釬焊性能與防護(hù)性能。

表1 3A21、6A02、6063 鋁合金性能對(duì)比

4 焊材及接頭形式

由于鋁殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配間隙不好控制，釬料選用間隙不敏感的BAl92Si 亞共晶釬料(具體參見表2)，選擇釬焊溫度為610℃，控制溫度在釬料的固、液相線之間，就可以形成釬縫飽滿的接頭。與釬料配套的釬劑選用無(wú)腐蝕性的氟化物共晶釬劑。

表2 BAl92Si 鋁硅釬料化學(xué)成分及參考熔化溫度范圍

根據(jù)鋁殼體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們選用片狀釬料箔，通過(guò)裝配將釬料箔預(yù)置在釬焊縫里（示意圖參見圖2），后續(xù)將釬劑涂抹在接縫位置，接頭形式為對(duì)接焊縫。

圖2 釬料箔布置示意圖

5 工藝過(guò)程

5.1 零件進(jìn)行裝配前清洗

5.1.1 在工業(yè)清潔劑中去油污；

5.1.2 冷水洗；

5.1.3 10%NaOH 溶液80-85℃浸洗；

5.1.4 冷水洗；

5.1.5 30%HNO3 溶液常溫浸泡去除表面污物；

5.1.6 冷水洗；

5.1.7 熱水洗；

5.1.8 烘干。

5.2 裝配

零件和釬料預(yù)制件在干凈工作臺(tái)上進(jìn)行裝配。為防止零件二次污染，裝配時(shí)必須戴干凈白手套操作。裝配時(shí)對(duì)夾具進(jìn)行清洗，保持干凈，按工藝要求采用專用夾具進(jìn)行裝配(專用夾具參見圖3)，保證裝配尺寸和精度。裝配間隙決定釬焊質(zhì)量，因此必須嚴(yán)格抓好裝配質(zhì)量，保證所有裝配間隙不超過(guò)0.1mm。

圖3 專用夾具示意圖

5.3 點(diǎn)焊

考慮到專用夾具的利用率和成本，我們先利用專用夾具將各零部件、釬劑、釬料完成裝配，再用鎢極氬弧焊選擇性的在關(guān)鍵位置點(diǎn)焊焊牢，然后將整體工件拆下，進(jìn)行氮?dú)鉅t中釬焊，夾具不隨工件進(jìn)爐。夾具重新裝配點(diǎn)焊其余工件。在保證各定位尺寸及裝配間隙的前提下，避免專用夾具因受熱發(fā)生變形，提高專用夾具的利用率，降低專用夾具的成本。

5.4 釬焊

當(dāng)爐溫穩(wěn)定在610℃后，將工件放在加熱傳送帶上，底部用不銹鋼管墊平，由釬焊爐的最前端噴淋室入口開始釬焊過(guò)程，鋁殼體在釬焊爐氮?dú)鈿夥罩屑訜嶂梁附訙囟?10℃，釬料熔化，填滿各釬焊縫，將各零件焊接成一體，然后慢慢冷卻出爐。

5.5 焊后處理

當(dāng)工件出爐后，在釬焊縫周圍附著一層白色釬劑遺留粉末，表面有色氧化處理后，白色釬劑和黃色殼體氧化鋁表面形成強(qiáng)烈對(duì)比，極其影響外觀質(zhì)量。與此同時(shí)殘留的釬劑對(duì)產(chǎn)品存在一定的腐蝕性，后續(xù)影響整體結(jié)構(gòu)性能。

待工件自然冷卻至環(huán)境溫度后，我們通過(guò)人手鏟刮、噴砂清理、酒精清洗等方法對(duì)表面釬劑進(jìn)行清除，以達(dá)到軍工產(chǎn)品表面質(zhì)量要求，效果較好。

6 釬焊性能試驗(yàn)

6.1 交變濕熱試驗(yàn)

按照雷達(dá)軍標(biāo)要求，將鋁殼體清洗后進(jìn)行交變濕熱試驗(yàn)，周期為48 小時(shí)，釬縫表面保持金屬光澤，無(wú)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，滿足鏟平的設(shè)計(jì)性能要求。

6.2 致密性檢查

對(duì)釬焊鋁殼體進(jìn)行充氣試驗(yàn)，將鋁殼體充入0.2MPa 大氣壓時(shí)，未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。充氣試驗(yàn)表明，采用鋁釬焊能滿足產(chǎn)品使用要求。

7 成本對(duì)比

現(xiàn)將原機(jī)械加工成本和釬焊加工成本對(duì)比如表3：

表3 成本對(duì)比

通過(guò)上表可以看出，氮?dú)獗Ｗo(hù)釬焊單件鋁殼體制造費(fèi)用是原始整板機(jī)械加工單件鋁殼體制造費(fèi)的34%。

結(jié)束語(yǔ)

目前，采用此工藝已生產(chǎn)此組件鋁殼體三千多套，使用情況良好，已節(jié)約成本超過(guò)百萬(wàn)。因此，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中釬焊代替原始機(jī)械加工方法，是一種成功的工藝，極大的節(jié)約成本，提高了工效。