鋁合金真空釬焊的原理機制
真空釬焊是在真空狀態下,將真空爐內溫度設定到某一區間。在該溫度下,母材處于固體狀態,釬料處于液體狀態。液態的釬料在母材的表面上潤濕、毛細流動、填充、鋪展,與母材相互作用,最終冷卻凝固,實現冶金的連接方法[1]。
鋁合金對氧的親和力很大,焊接時表面形成一層致密的氧化膜,阻礙釬料與母材的結合,這是鋁合金焊接時的主要障礙之一。在真空條件下,大部分氣體可以被清除,氧氣含量極低,有效排出了空氣對焊接的有害影響,真空狀態下可以去除氧化膜。此外金屬Mg在去除氧化膜中可以發揮重要作用。通過加熱處理,使Mg揮發轉化為Mg蒸氣,達到對釬料表面的氧化膜予以去除的目的。Mg熱膨脹系數較鋁熱膨脹系數更低,通過加熱,鋁得到快速膨脹,膨脹速率相對慢的氧化膜則不斷開裂。Mg蒸氣與真空爐中殘留水蒸氣形成化學反應。釬料溶化后可發揮吸附功效,使得氧化膜強度下降,氧化膜開裂同時溶化至釬料,進一步液態釬料實現對母材的濕潤。
鋁合金真空釬焊的主要工藝參數有:加熱速率、保溫時間、冷卻速率、真空度、爐溫均勻性、真空釬焊溫度等,這些因素均會影響真空釬焊的焊接接頭質量。一般在加熱階段要求真空爐內真空度不大于3×10-3Pa,小型、薄板鋁合金組件的加熱速率建議為10℃/min。使用工裝組裝的鋁合金組件,需降低加熱速率,延長保溫時間,使鋁合金組件受熱均勻。
為了使零件充分受熱,一般在釬料的固液相線以下保溫一段時間,保溫時間的長短與零件的厚度、大小以及結構復雜程度有關。保溫階段要求真空度不大于3×10-3Pa,若真空度達不到要求,需要延長保溫時間,待滿足真空度要求后,方可繼續升溫。
真空釬焊溫度優選為高于釬料固液相線溫度30℃-100℃,低于母材的固液相線溫度[3]。保溫時間應能保證釬料與母材充分作用,保證焊接接頭的形成。保溫時間過長或過短,都會影響焊接接頭的質量。應延長使用工裝組裝的鋁合金組件的焊接保溫時間,以保證焊接接頭質量。
真空釬焊后可選擇自然隨爐冷卻和充氣冷卻。本次真空釬焊過程采用自然隨爐冷卻至室溫,隨后去除焊接件。