浅谈铝合金钎焊材料与工艺

[摘 要]铝及其合金因其优异的物理化学性能，在现代机械工业中应用越来越广泛，然而也因为铝合金自身的性质使得它的焊接技术上尚存在诸多问题，这严重制约了铝合金产业的发展。所以对其焊接方法、焊材以及焊接工艺的研究有着深刻的现实意义。铝及其合金的钎焊问题近年来越来越受到人们的关注，本文从钎焊的角度出发，主要介绍了钎料及钎焊工艺。

[关键词]铝合金，钎焊，焊接工艺，焊材

中图分类号：U671.83 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0032-01

1 引言

铝及其合金，是目前工业生产中应用最为广泛的金属材料之一。铝合金有着优异的物理化学性能，在比强度，耐腐蚀，导电导热性能等方面显现了充足的优势。随着我国机械工业的快速发展，使得我们对铝及其合金的需求大增。现如今我们面临的一个难题是高速发展的机械工业带动的铝及其合金的大需求与当前其生产加工问题的矛盾。

在铝及其合金加工方面，一个突出的问题是连接技术问题。由于铝本身的一些物理化学性质，使得它在焊接时比较容易发生氧化、形成热裂纹、出现气泡等等。所以对于铝及其合金的焊接工艺上的研究就有着比较重要的意义。

2 铝合金焊接方法

铝合金作为工业用金属材料，在工业中应该极为广泛，这就使得它的焊接方法多种多样，但是我们从工艺上给予划分，一般认为有三种大的类型：一位熔化焊接法，一为压焊，另外一种为钎焊。虽则焊接方法众多，但是每种方法都有其局限性，这里就不一一赘述。就本文而言，我们主要是针对其中的钎焊展开讨论的。

所谓钎焊是指采用熔点低于母材的金属材料作为钎料，焊接过程中把握温度，使得钎料熔化（母材不熔化）成液体，而后在毛细作用的影响下，液态的钎料将充满焊接母材的接头间隙，从而完成连接。钎焊的方法也比较多诸如：火焰钎焊、盐浴钎焊以及炉中钎焊等等。

3 钎料

钎料选择是钎焊两大主要内容之一（另一为焊接工艺制定），它对于钎焊结果的影响不言而喻，所以，正确、合理的选择钎料至关重要。

为了保证钎焊的结果达到预期的良好效果，我们选择的钎料一般需得满足几个基本的要求：

熔点要求，所选钎料的熔点需得适中，过高会降低力学性能，过低则会弱化接头强度；线膨胀系数，向母材靠拢；物理化学性能，要耐腐蚀，导电导热性能良好，此外相对母材来说要具备良好的润湿效果，其流行性能及其填充能力要好；良好的机械性能，要具备一定的可塑性，色泽尽量可与母材匹配；良好的经济性能等。此外，考虑到铝本身较为活泼的化学性质，选取钎料时，尽量避免钎料中的合金元素与母材产生电化学腐蚀。

在现有的工业生产中，针对硬钎料，Al-Si系的钎料应用极为广泛。一般钎焊时，是以上述Al-Si合金为基础，落实到具体的焊接方法以及焊接接头的性能需求来选择性的添加一些元素，诸如Mg、Cu、Zn、Ge、Ni以及其他一些稀土元素等等，由此可以形成多种不同的新型钎料，以求确保不同条件下的连接要求。

4 钎剂

铝作为一种化学元素，其化学性质较为活泼，其金属表面极易形成一层致密的氧化膜。这在钎焊过程中，是必须突破的关口。为了去除金属表面的这一层氧化物，我们引入了钎剂。在焊接过程中，使用钎剂，不仅仅可以去除金属表层氧化膜，同时也起到了减小钎料与母材直接的表面张力，此外还可以在焊接过程中防止进一步氧化。

铝以及合金的钎焊所用钎剂按其温度（以450℃为标准）划分，可以分为软钎剂和硬钎剂。其中硬钎剂按组成划分又分为氟化物基与氯化物基，此外值得说明的当前发展较为迅猛的Noclock钎剂，由于种类繁多，这里就不一一说明了。

5 钎焊工艺

由于铝合金种类繁多，涉及的钎焊方法也是不一而足，无法一一说明，这里以LF21铝合金的真空钎焊为例浅谈一下铝合金的钎焊工艺。母材选用LF21铝合金，钎料取Al-Si系添加适量Mg元素。LF21的化学组成为Mn含量1%～1.6%，Fe含量0.7%，Si占0.6%，其他杂质总和含量约为1.35%，余下的为铝。钎料为Al-Si-Mg，其具体组成为Si含量10.5%，Mg占1.5%，余下的为Al。

5.1 焊前准备

依据相关标准，仔细核查工件、钎料、钎剂（有的情况下真空钎焊也可不需钎剂）以及其他焊接必须用料，确保焊接工具齐全且性能完好，确保周围环境适宜钎焊进行。

5.2 焊前清洗

由于铝比较活泼，铝合金表面极易形成一层氧化膜，为了确保钎焊顺利进行，通常在焊接正式开始前，先清洗工件表面。一般我们使用丙酮对铝合金工件表层进行脱脂处理，而后浸入硫酸溶液（65℃左右）中侵蚀4～5分钟（这里我们不推荐NaOH溶液侵蚀，是因为针对本次钎焊，我们采取了Mg，它在遇到NaOH时会发生反应，从而降低真空钎焊所需的真空度，使得整个焊接过程出现问题），取出，水洗，再以硝酸（室温即可）洗涤1分钟，取出后用水冲洗，完成后用蒸馏水碰洒，干布擦干或者置于烘箱中烘干，值得注意的时在烘干的时候一定得注意把握烘干温度，一旦温度过高，将使铝产生氧化，生成氧化膜，阻碍钎焊进行，前面所作的工作也就白费了。

5.3 装配固定

真空钎焊过程中为了确保焊接接头接触性能良好以及焊接接点的位置准确，我们需要将其精确定位。使用特制的夹具来完成定位固定操作，需要注意的是，真空钎焊中，钎料熔化成液态，为防止液态钎料粘连在夹具上，可用陶瓷相隔。此外，上述已经提及钎焊是利用液态钎料与母材之间的毛细作用实现焊接的，为使焊接成功完成，接头间隙是重中之重，这一点在装配固定的时候一定要纳入考虑范围。

5.4 真空钎焊工艺过程

在上述准备工作都已顺利完成后，可以着手进行焊接操作，其一般步骤如下：将待焊工件置于炉中，充入Mg抽空（使真空炉内真空度约为～托）、加热注意观察炉内温度，达到一定值时（这里以400℃为准），充入氮气等保护气体同时注意真空度（～托）继续加热，观察焊接件温度，达到标准（540℃左右）后，再次将炉内进行抽空操作（托）快速升温，使得温度达到焊接温度（600～610℃），钎料熔化，此时需保温一段时间（保温时间根据焊接件及钎料等综合情况选取，这里保温5分钟），进行焊接上述操作完成后，往炉内冲入氮气等进行降温取出，分离夹具

5.5 焊后清理

在上述步骤都已经准确完成后，此时，工件已经实现焊接，我们需要将焊接处进行清理。焊接工件表面先进行基本的机械清理，去除钎焊渣滓，然后置于一定含量的NaOH溶液中碱洗，而后使用清水冲洗，结束后以硝酸溶液进行亮蚀，再以清水冲洗，干布查干。

上述为简要的LF21铝合金的真空钎焊过程，实际的工业生产中涉及的定不仅仅这一种合金，也不仅仅是这一种焊接方法，我们以此为例，叙述大致过程。基本上铝合金的钎焊工艺包含的步骤即为焊前的准备工作（包含备料与清洗以及焊接件的装配定位操作），正式焊接时的工艺参数设定，焊后的处理以及检验等。

钎焊工艺中除了根据母材以及焊接标准选择钎料、钎剂等至关重要的步骤外，工艺参数设定对于整个焊接过程的影响是非常重要的。此外，我们要求操作者的素质一定达标，整个操作过程中严格遵守钎焊规范。钎焊结果的好坏依赖于每一步骤的认真细致以及操作的严谨。

5 结论

相对于近年来机械工业飞速发展带来的铝及其合金的极大需求，铝合金的钎焊工艺远远没有达到该有的水准以匹配现今的工业需要。在很长的一段时间内，铝及其合金的钎焊工艺都将是焊接工作者的研究重点，虽则目前其钎焊上取得了一些成果，但从长远来看，很多问题尚待解决。本文仅以一家之词，简要论述铝及其合金的钎焊工艺，希望在以后的问题研究上可给予一定的参考作用。

参考文献

[1]徐胜，徐道荣，铝及铝合金钎焊技术的研究现状，轻合金加工技术，2004.