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浅论铝合金真空钎焊技术的应用与发展
作者：闫峰 潘丽红
来源：《科学与信息化》2018年第07期
摘 要 本文论述了铝合金真空钎焊技术的应用与发展，为铝合金钎焊技术的应用走可持续发展的道路提供了一定的见解。
关键词 铝合金真空钎焊技术；应用与发展；见解 前言
真空钎焊为铝合金的加工装配开辟了全新局面，改善了钎焊产品的质量，但目前仍然存在许多问题，即：装备复杂，生产成本相对较高，真空系统的维修技术难度较大；Mg等元素的蒸汽沉积在炉膛、隔热屏及真空系统中，常常严重影响装备的工作性能；依靠辐射加热，速度慢，均匀性差；因为已有的铝钎料由于与多数铝合金的固相线较为接近，所以钎焊时温度及保温时间难以确定和控制。
目前我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平，与国外的差距在逐步缩小。其今后发展的难点和关键主要在研制熔点较低、具有一定力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料。这是亟待解决的问题。一些特殊铝合金的钎焊工艺，诸如铝合金与钛合金、铝合金与陶瓷的异种材料等真空钎焊工艺仍需进一步研究。
1 对铝合金真空钎焊技术的应用现状的分析与认识 1.1 铝合金真空钎焊的原理
铝合金表面有一层致密且十分稳定的氧化膜（A12O3），是熔化钎料润湿母材的主要障碍。单纯依靠真空条件难以去除氧化膜，必须同时借助于某些金属活化剂，诸如Mg、Bi等。早期有人认为通过Mg的作用可达到去膜的目的。这是因为：
从这几个反应式得出的观点认为一方面Mg与真空中残存的O2和H2O反应，消除其对铝的有害作用；另一方面，也是最重要的就是反应式（3），Mg与母材表面的Al2O3起还原反应而达到直接去除氧化膜的目的。但此后的大量研究表明，母材氧化膜并未完全去除，故对去膜提出了新的观点，Mg除了起消除环境中O2和H2O的作用外，Mg蒸汽渗入膜下表材层与扩散的Si一起，使表层形成低熔点的Al-Si-Mg合金而熔化，从而破坏了表面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。 1.2 铝合金真空钎焊用钎料
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大多数钎焊合金都是基于Al-Si系统，其中w（Si）一般在7%-12%。这一系列的钎料无论在钎焊性、强度和母材色泽一致性、镀覆性和抗腐蚀性都极佳，即是少有的优良钎料。特别是这类钎料可以进行变质处理，大大增加钎焊接头的韧性和抗弯强度。
此外，钎焊复合板也是普遍采用的方法，即在结构母体金属上单面或双面包覆一层钎焊合金。
文献[1]认为该体系合金经Na、Sr、La等元素变质处理后性能有较大改善，证明是很有意义的钎料合金，而且钎焊工艺甚佳。若深入研究，应该会得到综合性能更好的钎料合金。 目前，虽然配制出一些试验室中可用的低熔点真空钎焊用钎料合金，但是真正具有一定耐腐蚀性和较好力学性能的钎料合金仍然未达到适合工业生产的要求。 1.3 铝合金真空钎焊工艺
铝合金的真空钎焊工艺在普通的加热炉中进行。可根据生产率、成本、焊件的尺寸形状等因素选择真空炉。在钎焊前需要仔细的清洗焊件。虽然一般情况下焊件进行油渍的处理就足够了，但是为了去除热处理时生成的厚氧化膜，有时也需要进行酸洗。温度周期在诸因素中主要取决于焊件的形状，因为在真空中热是以辐射形式传播，工作厚度不同的部分会受热不均。由于铝合金的固相线和钎焊温度的差异往往较小，工件较薄的部分就易过热，造成表面熔化。因此有必要将工件尤其是较大的工件预热，以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热[2]。
2 依靠技术进步，以促进铝合金真空钎焊技术的应用的可持续发展 2.1 真空铝钎焊技术的应用
由于真空铝钎焊工艺具有很多优点，当今世界上在广泛地应用这一先进技术，因此目前其已引用到航空、航天、石化、电子、空气分离、低温、车辆、船舶、冷冻冷藏等各个工业部门。其中热交换器是一个重要方面。具体产品产要有汽车空调的蒸发器和冷凝器、汽车散热器、机油冷却器、中间冷却器、空气分离装备中的板翅式换热器等[3]。 2.2 工艺对装备的要求
为了成功地进行真空铝钎焊，真空铝钎焊炉的主要技术性能指标必须适应真空铝钎焊工艺所要求的条件。如真空度、漏气率、热区温度和温度均匀性、工件冷却、炉体和加热室、装备结构（包括炉体部分、真空系统、气体强制循环冷却装置、电气控制部分）。 2.3 真空铝钎焊的钎焊周期
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对于间歇型真空铝钎焊炉来说，小于热区尺寸的单个工件放置在热区中心位置上是理想的。这样，工件的各对称表面可以从各自对应的发热体上得到相等的热量。若偏置时，则需要调整有关发热体的功率是必要的。若是多工件同时钎焊，则其放置形式应以其中任一工件不被同炉钎焊的其他工件所遮挡为原则，同时，每个工件面向发热体的面积应相等，以期取得对各工件之间的均匀加热[4]。
为了减少钎焊合金中的硅向基体扩散和焊缝晶粒长大，在钎焊完成，并且停止加热后，应向炉内回充惰性气体，利用强制循环冷却装置进行冷却；而且其也能缩短整个钎焊周期时间，从而提高生产效率。
上述的真空铝钎焊真空度、温度、时间的升温段曲线是典型的真空铝钎焊的升温过程。对于形状简单、尺寸小的工件的钎焊来说，低温段时间可以缩短。但其应当注意，尽量缩短工件在40℃至钎焊温度之间的时间，即在钎焊温度下的保温时间尽可能短。而工件的内外温差则要求处在允许的范围内。其整个周期的各段真空度必须保持在相应的工艺要求的真空范围内[5]。 3 结束语
铝合金以其重量轻、耐腐蚀性好、导热导电性优良等特点而被广泛用于航空航天、建筑、电器、汽车、船舶等部门，并且用量不断增加。其长期以来一直被认为是制作热交换器、波导及其他许多复杂构件的结构材料。铝合金的加工工艺在其产品制造中起着非常重要的作用。其重要方法之一就是不需任何钎剂的真空钎焊工艺。因其具有许多优点，即无须焊前和焊后的复杂清理工作，操作简化，避免了因钎剂造成的夹渣，在结构中不残留钎剂而保证其耐腐蚀性、生产率高等。从现在和未来的环境保护观念考虑，铝合金真空钎焊的应用必将越来越广泛。 参考文献
[1] 胡刚.铝合金真空钎焊的发展[J]. 焊接技术，2001，（02）：1-3. [2] 蒋金龙.汽车铝热交换器的真空钎焊[J].焊接技术，1999，（02）： 8-11. [3] 刘阳兴.真空铝钎焊技术及应用研究[J].真空，1996，（05）：33-36. [4] 施加荣.真空铝钎焊工艺与设备[J].真空，1990，（02）：8-36.
[5] 张启运.高温铝钎料的选择及其与母材的相互作用[J].金属学报，1982，17（03）：300-302.
作者简介
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闫峰（1979-），男，内蒙古；毕业院校：沈阳航空航天大学，专业：机械，学历：本科，现就职单位：中铝包头铝业股份公司，研究方向：主要从事铝及铝合金加工装备的管理及技术研发的工作。