Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能
Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能李小强;肖晴;李力;屈盛官
【摘要】采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料对3003铝合金进行钎焊实验,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪对接头微观组织和断口进行分析,并研究了钎焊温度对接头组织和性能的影响.结果表明:在540～580℃保温10min工艺下钎焊3003铝合金,均可获得良好的钎焊效果.钎焊接头均由钎缝中心区的α(Al)固溶体、θ(Al2Cu)金属间化合物、细小Si相和AlCuFeMn+ Si相,两侧扩散区的α(Al)固溶体与元素扩散层以及母材组成;钎焊接头室温剪切断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界面,断口主要呈脆性解理断裂特征.随着钎焊温度的升高,扩散区的α(Al)固溶体晶粒长大,接头结合界面犬牙交错;当钎焊温度为560℃,保温10min时,接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa,约为母材强度的62.7％.
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2016(044)009
【总页数】6页(P32-37)
【关键词】铝合金;钎焊;铝基钎料;接头组织
【作者】李小强;肖晴;李力;屈盛官
【作者单位】华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640
【正文语种】中文
【中图分类】TG454
铝合金由于密度小、力学性能良好、成形性能优异等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、机械等行业[1,2]。钎焊作为一种传统的连接技术，可以使被连接件的变形
控制在极小的范围内，从而为结构复杂的铝合金制件的连接提供技术支撑。铝合金目前常用的钎焊方法有火焰钎焊、气体保护钎焊和真空钎焊[3-5]。火焰钎焊简便
灵活，适用于小尺寸构件，但是加热过程中温度不易精确控制，难以保证接头质量，甚至可能烧坏被焊工件。气体保护钎焊和真空钎焊适应性好，并能较好地保证接头质量，但对设备的依赖性大，操作过程也较为复杂。空气炉中钎焊作为最简单有效的钎焊方法之一，具有加热均匀、设备简单通用、生产效率较高等优点，但因钎焊温度较高时，工件容易发生氧化，难以保证钎焊质量，导致其应用受到一定程度的限制；因此，寻找一种低熔点铝基钎料来降低钎焊温度，对实现铝合金低成本、高质量的钎焊连接具有十分重要的实际意义。
常用的铝基钎料主要是以Al-Si共晶为基础，根据不同的母材特性和钎焊接头性能要求，通过添加一定的合金元素而形成。针对不适宜采用Al-Si共晶钎料钎焊的低熔点铝合金[6,7]，国内外学者为降低钎料的熔点作了大量研究，结果表明，锗、铟、镱、铜等元素可以降低钎料的熔点；但考虑到材料成本，目前国内主要采用加入Cu元素以达到降低钎料熔点的目的[8,9]。本工作采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金，分析钎焊温度对接头组织和性能的影响规律。
钎焊实验采用空气炉中钎焊工艺，在SX3-4-10-A型箱式电阻炉中进行，所采用
的铝合金试件尺寸为15mm×30mm×3mm，其化学成分(质量分数/%)为：Mn 1.12，Si 0.12，Cu 0.07，Fe 0.55，Al为余量。母材的室温抗拉强度为
147.3MPa。
实验钎料为自主研制的箔状Al-Si-Cu-Zn钎料，厚度为0.2mm。钎料的化学成分及其熔化温度如表1所示。该钎料以Al-Si为基础，通过添加适量铜和锌降低钎料合金的熔点，改善其流动性[4,10]；添加微量锰改善钎料对3003铝合金的润湿性，提高钎焊接头的强度和抗腐蚀性能。考虑到空气炉中加热的氧化性和钎焊过程中的去膜作用，采用QJ201钎剂进行保护，QJ201的化学成分为KCl-32LiCl-10NaF-8ZnCl2，熔点范围为460～520℃。
钎焊前，将待钎焊面在SiC砂纸上按180#，360#，600#和800#顺序进行逐级
打磨，接着用10%NaOH溶液去氧化膜，然后用清水冲洗，再用5%HNO3溶液
进行中和处理，最后用清水冲洗、晾干。风干后的钎料置于两钎焊面间组装成搭接接头(如图1所示)，并施加0.2MPa的压力，以保证钎焊试样稳固[11]。钎焊时，先将SX3-4-10-A型箱式电阻炉加热到钎焊温度并保温10min，使炉膛内温度均匀，然后将装配好的试样放置于电阻炉内，通过快速升温避免钎剂因过早熔化而降低其效用，从达到目标温度开始计时，焊后迅速从电阻炉中取出试样并空冷至室温。本实验钎焊温度为540～580℃，保温时间为10min。
将钎焊接头截面研磨抛光进行金相制样(腐蚀液为0.5%HF水溶液)，采用DMI 5000M金相显微镜、Quanta200环境扫描电子显微镜、Inca 300能谱分析仪和
D8 Advance X射线衍射仪等分析试样接头微观组织和断口形貌。采用CMT5105万能材料试验机测试钎焊试样抗剪强度，实验加载速率为0.5mm/min。
2.1 钎料的XRD和微观组织
图2(a),(b)分别为Al-Si-Cu-Zn钎料的XRD图谱和微观组织。由XRD结果可知该钎料含有α(Al)，θ(Al2Cu)，Si和Al65Cu20Fe9Mn6 4个相，结合EDS结果，
判断微观组织中浅灰色基体为α(Al)相，灰色网络状为θ(Al2Cu)相，深灰色细针状为Si相，黑色枝杈状为AlCuFeMn+Si相。
2.2 典型钎焊接头的微观组织
图3为钎焊温度560℃，钎焊时间10min的接头微观组织。根据钎缝中元素(主要是Al元素)的线扫描结果(见图3(a))，可以将钎焊接头分成3部分，即钎缝中心区、扩散区和母材[12]。图3(a)中间是以钎料合金为主的钎缝中心区(表示为Ⅰ区)，左右两侧是3003母材(表示为Ⅲ区)。Ⅰ区和Ⅲ区之间为Ⅱ区，Ⅱ区是由于钎焊过程
中钎料和母材中元素的扩散作用而形成的扩散区。
如图3(a)所示，根据Al元素的线扫描成分分布将扩散区可以分为单相α(Al)固溶
体层(表示为A层) 和元素扩散层(表示为B层)两层[12,13]。从钎缝中心区到母材，Al元素含量先急剧升高，然后趋于稳定(A层)，略微下降之后又开始上升(B层)，
最后达到新的稳定值。单相α(Al)固溶体层是指扩散层向钎缝中心方向生长的齿状α(Al)固溶体，它的形成既与Al-Si，Al-Si-Cu共晶反应有关，也与钎料中的Si，Cu元素的扩散有关，合金元素的扩散使母材在低于其熔点的温度下即可发生熔化。图3(b)是560℃时钎焊接头的钎缝中心区微观组织，与钎料的微观组织(见图2(b))对比，发现两者的相组成基本相同，即浅灰色网络状的θ(Al2Cu)相、深灰色细针
状和细小颗粒状的Si相以及深灰色枝杈状AlCuFeMn+Si相，其余为α(Al)固溶体。
2.3 钎焊温度对接头的微观组织的影响
图4为不同钎焊温度时钎焊接头的微观组织，可见接头组织均较为致密，呈现出
良好冶金结合。由图4可以看出钎焊温度从540℃上升至560℃时，钎缝宽度逐
渐增加，α(Al)和θ(Al2Cu)晶粒明显长大，并且α(Al)相在钎缝中所占体积比有所
增加，θ(Al2Cu)相体积比减小。这是由于随着钎焊温度升高母材中的Al原子向钎料合金中扩散以及钎料合金中的合金原子(主要是Cu，Zn，Si原子)向母材的扩散作用均加剧，导致母材溶解增多和钎缝/母材界面向母材一侧推移。当钎焊温度升
高至580℃时，因钎焊温度过高，钎料黏度过低，导致钎料部分流失，钎缝变窄，钎缝中心区α(Al)相、θ(Al2Cu)相晶粒明显粗大，且组织较不均匀。对不同钎焊温度时钎焊接头的钎缝中心区的基体组织进行能谱分析，结果如表2所示。结合Al-
Si-Cu三元相图[6]，推断钎缝基体组织为固溶有Cu，Zn，Si元素的α(Al)固溶体。不同钎焊温度对应的钎缝中心区θ(Al2Cu)相、AlCuFeMn+Si相的能谱分析结果
如表3所示。
随着钎焊温度的升高，元素扩散作用加剧，扩散区齿状α(Al)固溶体进一步向钎缝中心生长，形成犬牙交错的结合界面，进一步增强钎料与母材的冶金结合能力，使接头性能提高。齿状α(Al)固溶体的适当生长有利于钎焊接头力学性能的提高，但是钎焊温度过高会使母材发生过度溶蚀，接头性能反而恶化[5]。
2.4 力学性能及断口分析
采用Al-Si-Cu-Zn钎料在不同钎焊温度下对3003铝合金进行搭接钎焊，获得的接头的室温抗剪强度[12]及断裂位置如表4所示。由表4可知，钎焊温度为540～580℃，钎焊接头均断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处。从540℃升高至560℃，钎焊接头的室温抗剪强度逐渐提高，但温度进一步升高至580℃时，
强度有所下降。
钎焊温度直接影响元素的扩散能力和接头的冶金结合效果[14]，钎焊温度为540℃时，元素的长程扩散能力较弱，两侧扩散区较窄(见图3(a))，齿状α(Al)固溶体晶
粒较小，钎缝与母材结合界面几乎呈直线，冶金结合相对偏弱，室温剪切时试样断裂在扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处，钎焊接头抗剪强度为54.8MPa；随
着钎焊温度的升高，母材和钎料中元素的长程扩散能力增强，齿状α(Al)固溶体晶粒长大，接头结合界面犬牙交错，接头两侧扩散区逐渐增厚(见图4(b)，(c))，冶金结合能力逐渐增强，试样剪切断裂时断裂面仍位于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处，但曲折的界面延缓了裂纹的扩展，使得钎焊接头抗剪强度得到提高。当钎焊温度为560℃时，钎焊接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa，约为母材强
度的62.7%。然而进一步提高钎焊温度，钎料发生部分流失，母材发生轻微溶蚀，扩散区的α(Al)固溶体晶粒不再均匀长大，从而导致钎焊接头的强度反而降低。当
钎焊温度上升至580℃时，接头的室温抗剪强度下降到61.6MPa。
图5为560℃钎焊接头的剪切断口形貌。从图5(a)可以看出断口呈现出许多短而
弯曲的撕裂棱，撕裂棱两边由大小不一的解理台阶构成。表5显示了图5(a)中3
个位置的能谱分析结果，Al和Cu的原子比接近2∶1，可以判断剪切断口为
θ(Al2Cu)相。再结合图5(b)，可以判断接头断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区
的交界面，这是由于α(Al)固溶体晶界处存在不连续网状分布的脆性θ(Al2Cu)相。在应力集中的作用下，脆性θ(Al2Cu)相沿α(Al)相界面被拉开从而产生裂纹，最终导致接头剪切断口表现为较明显的脆性解理断裂特性[15]。
(1)采用Al-Si-Cu-Zn箔状钎料在540～580℃保温10min工艺下对3003合金进
行钎焊，可获得良好的钎焊接头，它由钎缝中心区、两侧扩散区和母材组成。560℃时钎焊接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa，约为母材强度的62.7%。(2)在540～580℃保温10min时，钎焊试样室温剪切断裂于扩散区齿状α(Al)/钎
缝中心区交界面，主要沿扩散区齿状α(Al)固溶体相和脆性θ(Al2Cu)相的界面产生开裂，断口形貌主要呈现出脆性解理断裂特征。
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钎焊
1.钎焊的优点：（1）加热温度低于母材的熔点， 对母材没有明显的影响。（2）钎焊温度低，可 对焊件整体均与加热，引起的应力和变形小， 容易保证焊件的尺寸精度（3）可用于结构复杂， 可敞开差的焊件，并可一次完成多缝，多零件 的焊接（4）容易实现异种金属，非金属与金属 之间的焊接（5）工艺过程简单。钎焊：借助于 液态钎料填满固态母材之间的间隙并相互扩散 形成结合的一类连接材料的方法。， 2.缺点：（1）钎焊接头强度一般较低，耐热能力 差，（2）较多采用搭接形式，增加了母材消耗 和结构的重量。 3.钎焊接头形成过程：钎焊时，钎剂在加热熔化 后流入焊件间的间隙，同时熔化的钎剂与母材 表面发生物化作用，从而清净母材表面，为钎 料填缝创造条件。随着加热温度的升高，钎料 开始熔化并填缝，钎料在排除钎剂残渣并填入 焊件间隙的同时熔化的钎料与固态，母材间发 生物化作用。当钎料填满间隙，经过一定时间 后保温冷却，完成整个钎焊过程。 4.润湿性的评定：（1）将一定体积的钎料放在母 材上，采用相应去膜措施，在规定温度下保持 一定时间。冷却后截取钎料的横截面，测出润 湿角θ，以其大小评定润湿性的好坏。（2）测 出钎料铺展面积的大小作为评定的尺度（3）利 用T型试件测量钎料流动的距离L，按其长短 来评定润湿性。（4）对表面涂覆钎料的双层板 的T型接头，可用流动系数K来表示： K=Vf/V=Asn/Lδ=（1-1/4π）Rn/Lδ=（1-1/4 π）n/LδR。R越大，K越大，润湿性越好。5.液态钎料与母材的相互作用。母材——钎料， 母材向钎料的适量溶解。可使钎料成分合金化， 有利于提高接头强度，过溶，导致不能填满钎 缝间隙，也可能出现溶蚀缺陷，严重时甚至出 现溶穿。溶解量的影响因素：A本质因素：（1） 极限溶解度越大，溶解量越大（2）固溶度升高， 达饱和时间增大，溶解量下降（3）金属间化合 物的形成阻碍了母材向钎料扩散，使溶解速度 降低。B工艺因素：（1）温度影响，温度越高， 溶解度越大（2）加热保温时间的影响。时间越 长，越大（3）钎料用量：越多越大钎料向母 材的扩散结果：冶金结合；扩散层；晶界渗入、 晶界扩散，导致性能下降（1）扩散系数的影响 因素：①晶体结构DBCC>DFCC。②扩散原子的直径越小，D越大③第三元素月扩散原子亲和力的大小，④温度升高，D变大。 6.晶间渗入：在液态钎料通母材接触中，钎料组 分向母材中扩散，由于晶界上空隙较多，扩撒 速度比较大，结果在晶界上形成了钎料组分同 母材的共晶体，它的熔点低于钎焊温度，因此 在晶界上形成一层液态层，即为晶体渗入。 7.钎缝的组织：钎焊接头的三个区域：①扩散区。 ②钎缝界面区。③钎缝中心区。扩散区：钎料 组分向母材扩撒形成。界面区组织：母材向钎 料溶解，冷却后形成（固溶体或金属间化合物） 焊缝中心区：由于母材的溶解和钎料组分的扩 散以及结晶的偏析。 8.固溶体：交互结晶：焊接纯金属时，填充材料 相同时，金属晶粒间无界面，随着凝固过程的 进行，金属晶粒从母材晶粒表面向液态金属继 续生长的现象。一般来说，在状态图上钎料与 母材能形成固溶体，钎焊后在界面区即可能出 先现固溶体，固溶体组织有良好的强度和塑性。 9.金属间化合物：（1）钎缝中出现金属间化合物， 特别是界面区为连续层状化合物组织是，钎焊 接头的性能将显著下降（2）形成过程：在温度 T时，以B钎焊A，A迅速向B中溶解，界面 区的浓度可达C，冷凝式首先在界面上析出金 属间化合物。（3）减薄和防止界面区形成化合 物层措施：①在钎焊中加入既不与母材，又不 与钎料形成化合物的组分。②在钎料中加入能 同时与钎料形成化合物，但不同母材形成化合 物的组织。 10.共晶体：（1）接触反应钎焊：利用钎料和母材 接触熔化，形成共晶体接头的钎焊方法。接触 反应钎焊原理：若金属A、B能形成共晶或低 熔固溶体，则在A、B接触良好的情况下加热 到高于共晶温度或低熔固溶体温度以上，依靠 A和B相互扩散，在界面处形成共晶体或低熔 固溶体，从而把AB连接起来（2）接触反映钎 焊过程：①准备阶段，接触的固体，金属界面 上形成固溶体层或金属间化合物。②形成液相。 ③固态，接触金属向已形成的液相中溶解。 11.钎料的基本要求是：应有合适的熔点，至少应 比母材低几十度，二者熔点过近会使钎焊过程 不易控制，导致母材晶粒长大、过烧及局部融 化；具有良好的润湿性，能充分填满焊缝间隙； 与母材的扩散作用，应能保证他们之间形成牢固的结合；具有稳定和均匀的成分，减少钎焊过程中的偏析现象和易挥发元素的损耗等；所得到得接头应能满足产品的技术要求；考虑到钎料饿经济性，应尽量少用或不用稀有金属和贵金属。 Sn基钎料：Sn中加入铅，可使强度、硬度升高，导电率降低；Sn-铅钎料中加入锑，可减少钎料在液态时的氧化，提高接头的热稳定性；工作温度低于100°，低温下有冷脆性；加入Ag，提高钎料的抗腐蚀性和强度，加入Cu和锑看改善机械性能 铅基钎料：一般用于钎焊铜及铜合金，耐热性比Sn-铅钎料好；钎焊铜和黄铜，接头在潮湿环境耐蚀性较差，须涂覆防潮涂料保护Al基钎料：主要以Al-Si共晶和Al-Cu-Si共晶为基础；Al-Si合金加入4%左右的Cu，使钎料的固相线降至521°，具有较宽的溶化温度区间，容易控制钎料的流动，而抗腐蚀性能下降不多，接头强度还较高；加入10%的Zn，熔点有所下降，抗腐蚀性能下降，易产生溶蚀，需控制加热温度 Ag基钎料：特点是：熔点不高，能润湿很多金属，并具有良好的强度、塑性、导热性、导电性和耐蚀性能；Ag-Cu，加入铜可降低Ag的熔点，Ag-Cu-Zn，加入Zn可进一步降低Ag-Cu合金熔点，但含Zn量过高，组织中将出现脆性相使塑性变差；Ag-Cu-Zn-Sn，加入Sn降低熔点，加少量Ni，可提高钎料的强度、耐热性和抗腐蚀性，改善钎料的润湿性。 Cu基：为防止钎焊时焊件氧化，作为钎料，多半在还原性气氛、惰性气氛和真空条件下焊接低碳钢、低合金钢。铜对钢的润湿性良好，以他作为钎料时要求接头间隙很小；Cu-Zn钎料：加入Zn，可降低Cu的熔点，含Zn过多组织中出现αβγ相；H62黄铜为α固溶体组织，具有良好的强度和塑性，是应用最广的Cu-Zn钎料，可用来焊接受力大，需要接头塑性好的零件；Zn易挥发，加入Si课抑制（钎焊时，Si氧化，同钎剂中的硼酸盐形成低熔点的硅酸盐，浮在钎料表面，防止Zn的挥发；Si显著降低Zn在Cu中的溶解度，生成β脆性相，Si过量形成SiO2，不易去除，Si的含量一般在0.5%左右；加入
铝合金基本知识
铝合金基本知识（一） 一、铝合金的分类及组织特点 １．铝合金的分类及性能特点 合金元素含量 1-变形铝合金;2-铸造铝合金;3-不能热处理强化;4-能热处理强化表1 铝合金分类 二、铝合金的强化方法
1．固溶强化 在纯铝中加入合金元素（Si Cu Mg Zn Mn Ni……等），形成铝基固溶体，从而提高铝合金的力学性能。 2．时效强化 合金元素在铝中的固溶度随温度的降低而减少，通过加热到一定温度、保温、淬火而得到过饱和的铝基固溶体，过饱和的铝基固溶体在室温下放置一段时间，或加热到某一温度，其强度、硬度随时间的延长而增高，塑性、韧性降低。在室温下放置产生时效的现象叫自然时效。加热产生时效的现象叫人工时效。 3．过剩相强化 合金元素超过其极限溶解度时，这些合金元素与铝或元素间形成硬而脆的金属间化合物，在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 4．变质处理 加入微量元素（钛、锆、铍、锶、稀土等），在合金结晶时，作为晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。 在铝合金液中加入微量钠或钠盐作为变质剂，进行变质处理，细化晶粒可以显著提高其强度和塑性。 5．冷作硬化 金属材料在再结晶温度以下变形，变形后材料即被强化，强化的程度随变形程度、变形温度及材料的性质而不同。同种材料，在同一温度下冷变形时，其变形程度越大，则强度越高。这是不能热处理的防锈铝合金和纯铝的强化方法。 三、铸造铝合金 1．铸造铝合金牌号 ○1在牌号的最前面用“Z”表示铸造，其后用化学元素符号及数字表示。例如：ZAlSi7Mg表示该平均含硅量为7%,平均含镁量为1%的铸造镁合金。 ○2用合金代号表示。合金代号由字母“Z”，“L”（它们分别是“铸”、“铝”的汉语拼音第一个字母）及其后的三位数字组成。ZL后面的第一位数字表示合金系列，1—表示铝硅合金；2—表示铝铜合金；3—表示铝镁合金；4—表示铝锌合金。其后的两位数字是表示该组合金的顺序。若为优质合金则在数字后加“A”，例如：ZL101A是铝硅合金，相当于ZAlSi7MgA。
钎焊
钎焊 soldering and brazing 用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间。 钎焊基本知识概述 1.1 概念 钎焊：利用熔点比母材低的填充金属（称为钎料），经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。 较之熔焊，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化； 较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力。 钎焊形成的焊缝称为钎缝。 钎焊所用的填充金属称为钎料。 钎焊过程：表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化），并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷疑后即形成钎焊接头。 1.2 焊接材料 1.2.1 钎料：即钎焊时用做填充金属的材料。 1.2.1.1 对钎料的基本要求： ①低于工件金属的熔点； ②有足够的浸润性（钎料流入间隙的性能）； ③有与工件金属适当的溶解和扩散能力； ④焊接接头应具有一定的机械性能和物理、化学性能。 1.2.1.2 分类 根据熔点不同，钎料分为软钎料和硬钎料 ①软钎料：即熔点低于450℃的钎料，有锡铅基、铅基（T<150℃，一般用于钎焊铜及铜合金，耐热性好，但耐蚀性较差）、镉基（是软钎料中耐热性最好的一种，T=250℃）等合金。 软钎料主要用于焊接受力不大和工作温度较低的工件，如各种电器导线的连接及仪器、仪表元件的钎焊（主要用于电子线路的焊接） 常用的软钎料有：锡铅钎料（应用最广、具有良好的工艺性和导电性，T<100℃）、镉银钎料、铅银钎料和锌银钎料等。
钎焊基本知识概述
二、钎焊基本知识概述 1.1 概念 钎焊：利用熔点比母材低的填充金属（称为钎料），经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。 较之熔焊，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化； 较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力。 钎焊形成的焊缝称为钎缝。 钎焊所用的填充金属称为钎料。 钎焊过程：表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化（工件未熔化），并借助毛细管作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷疑后即形成钎焊接头。 1.2 焊接材料 1.2.1 钎料：即钎焊时用做填充金属的材料。 1.2.1.1 对钎料的基本要求： ①低于工件金属的熔点； ②有足够的浸润性（钎料流入间隙的性能）； ③有与工件金属适当的溶解和扩散能力； ④焊接接头应具有一定的机械性能和物理、化学性能。 1.2.1.2 分类 根据熔点不同，钎料分为软钎料和硬钎料 ①软钎料：即熔点低于450℃的钎料，有锡铅基、铅基（T<150℃，一般用于钎焊铜及铜合金，耐热性好，但耐蚀性较差）、镉基（是软钎料中耐热性最好的一种，T=250℃）等合金。 软钎料主要用于焊接受力不大和工作温度较低的工件，如各种电器导线的连接及仪器、仪表元件的钎焊（主要用于电子线路的焊接） 常用的软钎料有：锡铅钎料（应用最广、具有良好的工艺性和导电性，T<100℃）、镉银钎料、铅银钎料和锌银钎料等。 软钎焊：指使用软钎料进行的钎焊。钎焊接头强度低（小于70Mpa）。 ②硬钎料：即熔点高于450℃的钎料，有铝基、铜基、银基、镍基等合金。 硬钎料主要用于焊接受力较大、工作温度较高的工件，如：自行车架、硬质合金刀具、钻探钻头等（主要用于机械零、部件的焊接）
钎焊手册2
第二章：硬钎焊 2．1铝及铝合金的钎焊 铝及铝合金密度较小，一般在2.7±0.1g/㎝3之间，对于铝合金则视其中重金属或轻金属的含量而密度略有起伏。纯铝的电导率与退火铜相比约为后者的60%，铝合金则约为50%，含Mg量高的铝合金其比电导率则还要低一些。铝合金的热力学性质一般比较接近，比热容在0.9J/g·℃(20℃)左右，线膨胀系数在23μm/m·℃左右，与纯铜、黄铜、钢相比比较大。 2．1．1铝及铝合金的钎焊性 纯铝和铝锰合金的硬钎焊性最好，表面氧化物可以用钎剂清除。对于铝镁合金来讲，其钎焊性受到含镁量的影响。当含镁量ω（Mg）﹥1.5%时，随着含镁量的增加，钎焊性变坏；当含镁量ω（Mg）﹥2.5%时，钎焊困难，不推荐用钎焊方法来连接。 硬铝的钎焊性很差，主要问题是发生过烧。以LY12为例，加热温度超过505℃后，由于发生过烧，合金的强度和塑性均显著下降，因此，钎焊温度必须控制在505℃以下。由于缺少合适的钎料，导致其钎焊性很困难。 LC4超硬铝在温度超过470℃时就发生过烧，故除采用快速加热的钎焊方法（如浸渍钎焊）外，不宜进行硬钎焊。 锻铝合金中LD2硬钎焊性比较好。它的固相线温度为593℃，故应在低于590℃的炉中进行钎焊为宜。LD6合金的含镁量也不高，对焊接性没有影响。但它的固相线温度在555℃左右，因此过烧的敏感性比LD2大得多。LD6的硬钎焊温度以500～550℃为宜，但在600℃以下进行的浸渍钎焊，对其力学性能无不良影响。这是由于浸渍钎焊加热速度快，过烧过程来不及发展。LD9、LD10合金虽然含镁量并不高，但其固相线温度低而使钎焊困难。 ZL102铸铝合金是非热处理强化合金，固相线温度577℃，故必须在低于577℃温度下钎焊。由于它的含硅量高，使钎料难以润湿。ZL202铸铝合金含铜量比较高，固相线温度低，钎焊温度高于550℃就容易出现过烧现象，因此难以钎焊。ZL301铸铝合金由于含镁量高，不能钎焊。2．1．2铝的钎剂钎焊 2．1．2．1 铝的氯化物钎剂钎焊 （1）铝的氯化物钎剂 这是目前应用较广的一类钎剂。它的组成原理是：以碱金属或碱土金属的氯化物的低熔点混合物为基本组分，加入氟化物作为去膜剂，经常还加入某些以溶重金属的氯化物充当活性剂[2]。 采用碱金属或碱土金属氯化物的二元或三元混合物作基本组分，首先是它们的熔点能满足钎焊铝的要求；其次，它们和铝没有明显的作用，能很好的润湿铝和铝的氧化物。其中，碱金属的氯化物还具有小的表面张力。可供选择的低熔点氯盐混合物有两类：一类含氯化锂；另一类不含氯化锂。二者熔点虽均能满足要求，但从钎剂的其它性能看存在差别。含氯化锂的钎剂活性较强，粘度较小，熔点较低，有利于保证钎焊质量。不含或含氯化锂过少的钎剂，粘度较大，熔点较高，流动性较差，使用中还容易产生变质或产生沉渣，不利于钎焊。因此目前广泛使用的是含氯化锂的钎剂，它们通常以LiCl-KCl二元系或LiCl-KCl-NaCl三元系为基体。在二元系和三元系中，熔盐的粘度均随氯化锂的浓度增大而减小。虽然氯化锂的钎剂在性能上有显著的优点，但由于氯化 1
提高Al—Si合金性能的主要处理措施探究
提高Al—Si合金性能的主要处理措施探究 【摘要】铸造铝合金主要有Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn四类，其中Al-Si 类合金（Si≥5%）在工业上应用的时间虽然比Al-Cu类合金晚，但它具有优良的铸造性能，如收缩率小、流动性好、气密性好和热裂倾向小等，经过变质处理之后，还具有很好的力学性能、物理性能和切削加工性能，因而成为铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金。 【关键词】Al-Si合金；变质处理；铸造性能；加工性能；时效处理；双重变质 0 引言 铝的密度小、塑性好，具有优良的导电性和导热性，表面有致密的氧化膜保护，抗腐蚀性好，而且回收成本低，是一种可持续发展的有色金属。在纯铝中，加入其它金属或非金属元素，能配制成各种可供压力加工或铸造用的铝合金。 1 Ai-Si合金的变质处理 1.1 Al-Si合金共晶体的变质 共晶成分的合金组织，通过加Na、Sr及Sb等变质处理，使共晶硅由原来的粗片状变为珊瑚状。由于组织显著变化，合金的室温力学性能特别是伸长率得到很大的提高，切削加工性能也有明显改善。近些年来，运用现代测试技术的观察结果，对Na变质机理提出了两种理论：Si晶粒的成长受抑制理论和Si晶核的生成受到抑制理论。 1.2 Al-Si合金初晶硅的变质 Al-Si合金随着含硅量的增加，虽然铸造性能得到改善，但组织中出现针片状的共晶硅。因此，Al-Si合金当含硅量高于6-8%时，必须进行变质处理。当含硅量超过共晶成分（12.6%）后，组织中出现粗大的多角形板状初晶硅，在Si 相尖端和棱角处引起应力集中，合金容易沿晶粒的边界处，或者板状硅本身开裂处而形成裂纹，使合金变脆，力学性能特别是伸长率显著降低。 1.3 双重变质 加磷能有效细化初晶硅，但不能细化共晶组织，如果能同时细化共晶组织，则还能提高力学性能，尤其是伸长率。这种变质就称为“双重变质”，对于含硅量是在16%以下的合金，细化共晶组织，具有重要意义。 Al-Si合金的拉伸强度主要受合金中初晶硅的尺寸和形状的影响，而延伸率主要受合金中共晶组织的影响。根据过共晶Al-Si合金初晶硅、共晶硅的变质机理的不同，人们对Al-Si合金进行共晶、初晶双重变质的研究方兴未艾，以期进一步提高其力学性能，扩大其使用范围。初晶硅的细化剂主要是P，使共晶硅变质的元素主要有Na、K、Li、Cd、Ba、In、La、Ti、Bi、S、Te、Se、Se、Sr和RE等。 1.4 影响P变质效果的工艺因素 1.4.1 最佳含P量：细化初晶硅一般都有一个最佳含P量。低于此值，变质不足，高于此值则产生“过变质”，初晶硅会逐渐变粗，一般认为，最佳残留含P 量为0.001-0.05%。由于P的精确取样和分析存在误差，控制范围又比较宽，通常按加入量进行控制，公认的P加入量为合金重量的0.1%，这个数字和变质剂的种类以及许多任务及因素（变质温度、浇注温度、凝固速度、孕育时间等）有关，应通过试验予以适当调整。
焊丝对铝合金焊接接头组织和性能影响分析
焊丝对铝合金焊接接头组织和性能影响 分析 摘要：现阶段资源短缺以及环境污染问题日益严重，在满足使用需求的前提下，若果能够以铝合金替换密度与质量较高的监护材料，能够促进构件的轻量化 发展。以铝合金材质制作的部件不仅有极高的强度以及抗腐蚀性，其表现出的抗 冲击能力也较强。5000型铝镁合金属于AI-Mg-Si系，可进行热处理的强化合金 材料，强度中等，具有较高的焊接性以及耐腐蚀性。主要被用于铁路客车、新能 源客车车身的制造。本文使用熔化极惰性气体保护焊法（MIG），研究ER4834、 ER5356型号焊丝对5000型铝镁合金焊接接头组织和性能影响。 关键词：焊丝；铝合金焊接；接头组织；性能分析 引言：将5000型铝镁合金为本次研究对象，使用ER4834、ER5356型号焊丝 进行熔化极惰性气体保护焊接，探究不同型焊丝对5000型铝镁合金焊接接头组 织和性能影响。试验结果表明，对比ER4834型号焊丝，ER5356型号焊丝焊接接 头焊缝区组织更为细小，融合区的热影响组织差距不明显；两种焊丝的焊接接头 硬度分布均称中心对称分布，ER5356型号焊丝的焊缝区硬度高于ER4834型号焊丝。 1. 试验材料以及试验方法介绍 1. 试验材料制备 本次试验的母材选用尺寸为300毫米*150毫米*6毫米的5000型铝镁合金板，焊丝选用直径为12毫米的ER4834焊丝以及ER5356焊丝，其化学成分组成如下 表所示。
表1 试验铝镁合金板以及焊丝化学成分（质量分数，%） 材料 S i F e C u M n M g C r Z n T i A l 5 000型铝镁合金板 .67 .17 .16 .28 .53 .18 .04 .04 余 量 E R4834焊丝 5 .21 .19 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 余 量 E R5356焊丝 1 2.11 .17 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 ≤ 0.01 余 量 1. 试验方法分析 焊接前需将焊接接头加工为“v”字形，坡口为60°，并利用钢丝刷对母材表面进行打磨，利用酒精去除表面杂质，以提高试验精确程度。使用TPS5000型焊机进行熔化极惰性气体保护焊，焊接过程中，使用纯度大于99.99%的氩气作为保护气体，焊接两道两层[1]。焊接工艺参数如下表所示。 表2 焊接工艺参数表
钎焊
钎焊：钎料温度低于母材温度，焊接时钎料熔化母材不熔化，二者之间是物理结合。习惯以450度做为划分硬钎焊和软钎焊的界线。（软、硬）烙铁，感应，炉中（真空）火焰，电阻浸渍，电弧，超声，激光，红外线 2.硬钎焊特点：（历史最长、母材不熔化，温度低，变形小，实现异种材料结合，可拆开。） 钎焊属于固相连接，他与熔化焊方法不同，钎焊时母材不熔化，采用比母材熔化温度低的钎料，加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法。当被连接的零件和钎料加热到钎料熔化，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。 同熔化焊和压力焊方法相比，钎焊具有以下优点： 2.1 钎焊加热温度较低，对母材组织和性励影响较小； 2.2 钎焊接头平整光滑，外形美观； 2.3 焊件变形较小，尤其是采用均匀加热（如炉中钎焊）的钎焊方法，焊件的变形可减小到最低程度，容易保证焊件的尺寸精度； 2.4 某些钎焊方法一次可焊成几十条或成百条钎缝，生产率高： 2.5 可以实现异种金属或合金、金属与非金属的连接。 但是，钎焊也有他本身的缺点，钎焊接头强度比较低，耐热能力比较差，由于母材与钎料成分相差较大而引起的电化学腐蚀致使耐蚀力较差及装配要求比较高等。 3.被焊材料： 金属：Cu，Fe，Al，Ti，Mg等合金 金属陶瓷 非金属（金刚石，碳纤维） 4.钎料与钎剂: 4.1 钎料 Cu-Zn，CuP，Ag，Al，Cd，Sn，Ni. 钎料应用范围 硬 钎 料Cu-Zn基钎料应用最广泛的是H62，可用来钎焊受力大、需要接头塑性铜、镍、钢制零件。为防止Zn 的挥发，可在H62中加入少量Si；加入少量的锡可提高钎料的铺展性。 CuP钎料是一种应用广泛的空气自钎剂钎料。常用于铜及铜合金的钎焊。当Wp=8.38%时,Cut P形成7140C的共晶。Cu3P脆，故CuP钎料加工性不好。 Ag基钎料银基钎料能润湿很多金属，并具有良好的强度、塑性等综合性能。被广泛应用于钎焊低碳钢、结构钢、不锈钢、高温合金、铜及铜合金等。 Al基钎料主要用于钎焊铝及铝合金。铝基钎料主要以铝和其他金属的共晶为基础，常用的有HL400和HL401。 Ni基钎料用于钎焊高温工作的零件。镍基钎料以镍为基体，并添加B、SI、P等能降低其熔点的金属元素。软 钎 料Cd基钎料主要用于钎焊铜及铜合金，工作温度可达2500C，钎缝可电镀。常用的有HL506和HL503。Sn基钎料软钎料中应用最广泛的是锡铅钎料，当WSn=61.9%时，形成熔点为1830C的共晶。锡铅钎料的工作温度不超过1000C，在低温下有冷脆性。
真空钎焊对3003铝合金焊缝组织及腐蚀的影响
真空钎焊对3003铝合金焊缝组织及腐蚀的影响 申园园;陈朝轶;李军旗;兰苑培;杨帆 【期刊名称】《表面技术》 【年(卷),期】2018(47)9 【摘要】目的研究钎焊温度与保温时间对3003铝合金焊缝组织及腐蚀行为的影响,通过模型预测3003铝合金焊缝的腐蚀寿命。方法在模拟海洋大气环境下,采用 盐雾腐蚀的方法,结合SEM和EDS观察焊缝微观形貌和元素分布情况,根据腐蚀质 量损失和最大腐蚀深度分析焊缝的抗腐蚀性能,建立腐蚀动力学模型,参照户外暴露 腐蚀数据计算得出腐蚀当量系数,预测腐蚀寿命。结果真空度3×10^(-3) Pa时,随 钎焊温度升高和保温时间延长,焊缝区域Si的偏析减少,焊缝的抗腐蚀性能增强。在钎焊温度610℃保温75 min,焊缝组织最均匀,以Al、Si元素为主,含有少量的Mn 和Mg,合金相主要为Al-Mn、Mg_2Si和Al_3Mg_2。腐蚀质量损失和腐蚀深度 动力学方程分别为y_1=0.0642t^(0.897)和y_2=0.03t^(1.63),以LY12铝合金在 海南琼海户外暴露腐蚀10年的数据为参照,得出焊缝腐蚀当量系数k=13.39,大气 腐蚀10年的当量腐蚀深度为87.9μm。结论焊缝区域Si的偏析对腐蚀性能产生重要影响。较佳钎焊工艺为:真空度3×10^(-3) Pa,钎焊温度610℃,保温时间75 min。此时,大气腐蚀10年后的当量腐蚀深度占焊缝厚度100μm的87.9%,能够满足10年腐蚀寿命的要求。继续升高钎焊温度和延长保温时间,基体与焊缝界面发生熔蚀 现象,抗腐蚀性能减弱。 【总页数】8页(P149-156) 【关键词】3003铝合金;真空钎焊;盐雾腐蚀;腐蚀动力学;腐蚀寿命
3003铝合金薄板超高转速搅拌摩擦焊接头的组织与性能
3003铝合金薄板超高转速搅拌摩擦焊接头的组织与性能夏晶宇;张洪伟;王鹏浩;张家齐;汪棣 【期刊名称】《理化检验-物理分册》 【年(卷),期】2018(054)007 【摘要】采用超高转速搅拌摩擦焊设备对3003铝合金薄板进行了焊接,研究了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明:在旋转速度为11 000 r·min-1、焊接速度为1 000 mm·min-1的工艺参数下,可获得焊接变形小、热影响区窄、焊缝表面成型良好的焊接接头;焊核区的显微硬度达到了35 HV,且焊接接头的抗拉强度达到了94.7 MPa,焊接接头的微观形貌显示其内部不存在隧道、裂纹、孔洞等缺陷. 【总页数】5页(P479-482,507) 【作者】夏晶宇;张洪伟;王鹏浩;张家齐;汪棣 【作者单位】江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212000;二重集团(镇江)重型装备厂有限责任公司,镇江212000;江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212000;江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212000;江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212000 【正文语种】中文 【中图分类】TG407 【相关文献】 1.转速对2024-T4铝合金水下搅拌摩擦焊接接头组织与性能的影响 [J], 王快社;吴楠;王文;丁凯;郭强
2.AA4343/AA3003铝合金薄板钎焊接头的显微组织特征 [J], 潘春 旭;DusanP.Sekulic 3.转速对铝铜异种材料水下搅拌摩擦焊接接头组织与性能的影响 [J], 王盈辉; 王快社; 王文; 彭湃; 车倩颖; 乔柯 4.旋转速度对高强度钢Q&P980搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响 [J], 蔺宏涛; 孟强; 王怡嵩; 王家毅; 张韵; 江海涛 5.转速对6061铝合金/纯铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响 [J], 秦佳琛;张大童;谭锦红;尤佳庆;赵运强 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
铝合金钎焊
铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。 火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。主要用于钎焊小型焊件和单件生产。有多种火焰可以使用。有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比拟好的铝钎焊加热热源[sup][5][/sup]。但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。 盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。其缺乏之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比拟困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比拟高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件外表容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。针对这种情况，现在开展了枯燥空气炉中钎焊。 真空钎焊和保护气氛炉中钎焊由于其各自独特而优良的工艺，在铝和铝合金的钎焊中应用比拟多，而且开展也比拟快，下面重点介绍。 [B]1．1 真空钎焊[/B] 铝比拟活泼，容易在外表形成一层致密的氧化膜。钎焊时，单纯依靠真空条件难以去除氧化物，必须同时借助于某些金属活化剂，如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理：一方面，活化剂与真空中残留的O[sub]2[/sub]和H[sub]2[/sub]O反响，消除了它们对铝钎焊时的有害作用；另一方面，Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的Al-Si-Mg合金，钎焊时，该合金熔化从而破坏了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，并将外表膜浮起而去除。 铝合金真空钎焊时，应根据生产率、本钱、焊件尺寸以及结构选择真空炉。 在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去外表的氧化物。如果外表有油污，可以用酒精擦拭。对钎料的处理，一般先用砂纸打磨以去除外表氧化膜，再用酒精擦掉油污。对于较大的工件，在焊接前进行预热，以保证焊件温度在到达钎焊温度以前各局部均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜，对于结构复杂的焊件，为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用，国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施，取得了比拟好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内，在其中放人Mg屑，然后置于真空钎焊炉中进行钎焊，这样可以大大提高钎焊质量。 真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度，要得到高质量的接头，很大程度上取决于真空度的大小。根据一些工作人员多年的经验，如果钎焊设备较长时间没有使用过，应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时，尤其是批量生产时，两次使用的时间间隔应尽量缩短，这样真空炉的真空度容易较快地到达要求。 真空钎焊是一种优良的钎焊方法，但也存在着设备复杂、昂贵，真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的开展已初具水平，今后开展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。 [B]1．2 保护气氛中钎焊[/B]
铝／镀锌钢搅拌摩擦铆焊接头组织与力学性能
铝／镀锌钢搅拌摩擦铆焊接头组织与力学性能 王希靖;张亚州;李经纬;孙学敏 【摘要】为实现铝钢之间的优质连接，采用搅拌摩擦铆焊新方法对6061铝合金 和DP600镀锌钢进行搭接点焊，利用扫描电子显微镜、能谱仪及拉伸试验对接头的微观组织及力学性能进行了研究．结果表明：接头成形平整美观，中心没有匙孔；接头包含铆接区和扩散区，其中在铆接区铝合金以铝柱的形式嵌入到钢板的圆孔中，形成了一个“铝铆钉”，底部有富铝的α固溶体偏聚，圆孔四周形成扩散区，铝 和钢形成了冶金结合，依靠金属间化合物FeAl3连接在一起；接头有3种断裂形式，在最佳工艺参数下接头的抗剪力达到8．2 kN；铝柱上断口的微观形貌是被 拉长的韧窝，扩散区的断口由灰色基体和白色颗粒组成．%To achieve the high⁃quality connection between aluminum steel, a novel process of friction stir rivet welding ( FSRW) was carried out for spot joining Al6061 and DP600 galvanized steel. Microstructure and mechanical properties of FSRW joints were investigated using scanning electron microscopy, energy disperse spectroscopy and tensile tests. The results indicated that the beautiful joints without keyhole were achieved. The joint included riveted zone and diffusion zone:aluminum alloy like a rivet inserted the hole of the steel sheet in the riveted zone and there was accumulative rich⁃aluminum α solid solution at the rivet′s bottom, the metallurgical bonding interface of diffusion zone was mainly composed of FeAl3 which joined aluminum and galvanized steel around the hole. The joints had three fracture modes and the shearing resistance of the joint with the optimum welding parameter could reach 8. 2 kN. The fracture morphology of the aluminum
铝合金加工手册
1070 1060 D97 3003 铝合金加工使用手册
目录前言 第一章合金熔炼与铸造 1.1铝合金熔炼 1.1.1铝合金熔炼特性 1.1.2铝合金熔体保护和精炼 1.13铝合金熔炼工艺流程 1.1.4配料即化学成分设计 1.2铝合金铸造 1.2.1铝合金铸造性能, 1.22铸造工艺 第二章铝合金最织与力学性能 2.1铝合金显微组织 2.2铝合金力学性能 第三章铝合金材料陷分析 3.1化学成分废品 3.2夹渣 3.3杂质Fe,Si 3.4裂纹 3.5缩孔、疏松 第四章铝合金新焊工艺 4.1焊接钎料润湿 42焊接缺陷形式及其原因 4.3焊接工艺
4.4钎焊组织特性
前言 铝具有一系列比其他有色金属材料、钢铁、塑料、木材等更优良的特性,如密度小,仅为2.73g/m3,良好的耐蚀性和耐候性,良好的塑性和加工性能,良好的导热性和导电性,良好的耐蚀性,弹性模量小,良好的力学性能,优良的铸造性能和焊接性能。此外,铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性、胶合性以及表面处理性能等也较好。因此铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、家用电器、治金化工等领域有着十分广泛的应用。 铝合金的化学成分,熔体净化、铸造、挤压工艺对其组织与性能有着十分重要的影响合理的成分设计、铸造加工工艺可改善材料的综合性能,提高企业效益,拓展其应用领域本手册主要从化学成分控制,熔体净化、铸造工艺以及焊接工艺建立本厂所涉及铝合金材料加工手册。
第一章铝合金熔炼与铸造 1.1铝合金熔炼 1.1.1铝合金熔炼特性 铝合金的熔炼具有散热量多、易氧化、易吸氢、易吸收杂质金属等特性。铝及其合金几乎与除惰性气体以外的所有气体相互作用。铝合金吸氢是导致铝锭结晶形成气孔和硫松的主要原因。因此在铝合金熔炼时应尽量避免熔体吸氢。 氢在铝中的存在形态主要有以下四种: 1.以溶液或固溶体形式存在的原子氢 2氢含量超过溶解度后以气泡形式存在的分子氢 3.以氢化物形式存在的化合氢 4以Y- AL2O3YXH2O形式存在的络合氢. 大气中氢含量很低,氢分压约为5Pa,面在熔炼时,炉气中的分子氢同样很低,以致铝炉料与氢反应不能产生海氢,铝熔体中的氢主要来源于大气和炉气的水分,如公式1-1所示。 2AH+6H2O=AL203,+6H 图1-1 影响铝熔体中含氢量因素有以下几种 1.熔体温度和水蒸气分压。 纯铝平衡含氢量与温度、水蒸气分压的关系如公式1-2所示。 LgC=+(5800/T)+4.576+(1/2)gPH2O C-熔体中氢的平均含量/Cm3-(100gAy)-1 T一熔体绝对温度/K PH2o-炉气中水蒸气分压/mmHg 2.合金成分 合金元素对其含氢量的影响可分为以下三种情况: 1)Mg-由于其化学性质比铝活泼,提高氢分压并使氧化膜疏松
铝合金的点焊
1 绪论 (1) 2 铝合金的应用 (2) 2.1 铝合金在航空上的应用 (2) 2.2 铝合金用作汽车零部件通常具有以下优点 (2) 2.3 铝合金在摩托车上的应用 (3) 2.4 铝合金在自行车上的应用。 (3) 2.5 铝合金在3C产品上的应用 (4) 2.6 铝合金在国防工业中的应用 (4) 3 铝合金的成分、分类和性能 (5) 3.1铝合金的分类 (5) （1）非热处理强化铝合金 (6) （2）铝合金的性能铝合金的物理性能 (8) 3.2铝合金的焊接性特点 (9) 4 铝合金的点焊 (9) 4.1 铝合金点焊条件 (9) 4.2 铝合金的表面状态对点焊质量的影响 (9) 4.3 铝合金点焊接头的质量要求 (10) 4.4 铝合金点焊接头质量的检测方法 (10) 4.5 铝合金电阻点焊特点 (11) 5 铝合金点焊工艺 (11) 5.1 焊接工艺的制定 (11) 5.2 铝合金主要点焊缺陷 (13) 6 试验材料及方法 (13) 6.1 试验材料及方法 (13) 6.2 点焊接头主要尺寸的确定 (14) 6.3 实验结果与分析 (15) 6.4 工艺参数对接头性能的影响 (15) 6.4.1 焊接电流 (15) 6.4.2 电极压力 (16) 6.4.3 焊接时间 (17) 6.5 撕裂实验 (18) 6.6 点焊接头组织分析 (19) 7 结论 (20) 参考文献 (21)
1 绪论 随着现代工业的发展，对工业材料的要求越来越向着质量轻﹑强度高、易加工的方向发展。由于铝及铝合金材料具有一系列的优良特性，已广泛应用于国民经济的各个领域，成为发展国民经济与提高人民物质生活和文化生活水平的重要基础材料。 近二十年来，我国的铝加工业发展十分迅速，其产量已从1980年不到30万吨，发展到2005年的583.7万吨。同时，出现了许多的新材料、新技术、新工艺及新设备。我国已经成为名副其实的铝业大国。 铝和铝合金具有优异的物理性能和力学性能，其密度低、比强度高、热导率高、电导率高，耐蚀能力强，已广泛应用于机械、电力、化工、轻工、航空、航天、铁道、舰船、车辆等工业内的焊接结构产品上，例如飞机、飞船、火箭、导弹、高速铁道机车和车辆、鱼雷和鱼雷快艇、轻型汽车、自行车和赛车、大小化工容器、空调器、热交换器、雷达天线、微波器件等，都采用了铝和铝合金材料，制成各种熔焊、电阻焊、钎焊结构。 在未来的几十年里，铝及铝合金的发展仍将保持较高的发展速度，其地位及应用在国民经济生活中越来越重要并将渗入到国民经济更加广泛的空间。
各种材料的钎焊
中国焊接服务平台： 中国焊接服务平台博客： 各种材料的钎焊 一、碳钢和低合金钢的钎焊 1、钎焊材料 （1）钎料碳钢和低合金钢的钎焊包括软钎焊和硬钎焊。软钎焊中应用量广的钎料是锡铅儿料，这种钎料对钢的润湿性随含锡量的增加而提高，因而对密封接头宜采用含锡量高的钎料。锡铅钎料中的锡与钢在界面上可能形成FeSn2金属间化合物层，为避免该层化合物的形成，应适当控制钎焊温度和保温时间。几种典型的锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度如表1所示，其中以w(Sn)为50%的钎料钎焊的接头强度最高，不含锑的钎料所焊的接头强度比含锑的高。 表1 锡铅钎料钎焊的碳钢接头的抗剪强度 碳钢和低合金钢硬钎焊时，主要采用纯铜、铜锌和银铜锌钎料。纯铜熔点高，钎焊时易使母材氧化，主要用于气体保护钎焊和真空钎焊。但应注意的是钎焊接头间隙宜小于0.05mm，以免产生因铜的流动性好而使接头间隙不能填潢的问题。用纯铜钎焊的碳钢和低合金钢接头具有较高的强度，一般抗剪强度在150～215MPa，而抗拉强度分布在170～340MPa之间。 与纯铜相比，铜锌钎料因Zn的加入而使钎料熔点降低。为防止钎焊时Zn的蒸发，一方面可在铜锌钎料中加入少量的Si；另一方面必须采用快速加热
的方法，如火焰钎焊、感应钎焊和浸沾钎焊等。采用铜锌钎料钎焊的碳钢和低合金钢接头都具有较好的强度和塑性。例如用B-Cu62Zn钎料钎焊的碳钢接头抗拉强度达420MPa，抗剪强度达290MPa，银铜站钎料的熔点比铜锌钎料的熔点还低，便于针焊的操作。这种钎料适用于碳钢和低合金钢的火焰钎焊、感应钎焊和炉中钎焊，但在炉中钎焊时应尽量降低Zn的含量，同时应提高加热速度。采用银铜锌钎料钎焊碳钢和低合金钢，可获得强度和塑性均较好的接头，具体数据列于表2中。 表2 银铜锌钎料钎焊的低碳钢接头的强度 （2）钎剂钎焊碳钢和低合金钢时均需使用钎剂或保护气体。钎剂常按所选的钎料和钎焊方法而定。当采用锡铅钎料时，可选用氯化锌与氯化铵的混合液作钎剂或其他专用钎剂。这种钎剂的残渣一般都具有很强的腐蚀性，钎焊后应对接头进行严格清洗。 采用铜锌钎料进行硬钎焊时，应选用FB301或FB302钎剂，即硼砂或硼砂与硼酸的混合物；在火焰钎焊中，还可采用硼酸甲酯与甲酸的混合液作钎剂，其中起去膜作用的是B2O3蒸气。 当采用银铜锌钎料时，可选择FB102、FB103和FB104钎剂，即硼砂、硼酸和某些氟化物的混合物。这种钎剂的残渣具有一定的腐蚀性，钎焊后应清除干净。 2、钎焊技术 采用机械或化学方法清理待焊表面、确保氧化膜和有机物彻底清除。清理后的表面不宜过于粗糙，不得粘附金属屑粒或其他污物。
铝及铝合金焊接工艺研究毕业设计论文
铝及铝合金焊接工艺研究 摘要 铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 关键词：铝及铝合金手工氩弧焊焊接特点
英文题目 ABSTRACT Aluminum and aluminum alloy is the most widely used in industry of a class of non-ferrous metal structure material, in aviation, aerospace, automotive, machinery manufacturing, shipping and the chemical industry has a large application. Recent years, with science and technology and industrial economic development, to the aluminum alloy welding structure of the increasing demand, the aluminum alloy welding sex research will be further. The wide application of aluminum alloy aluminum alloy welding technology promoted the development, and welding technology development and expand the application field of aluminum alloy, aluminum alloy welding technology is therefore become one of the hot spot in the research. KEY WORDS:Aluminum and Aluminum alloy、Handmade Argon Arc Welding、Welding characteristics