真空铝钎焊技术及应用研究.docx

真空铝钎焊技术及应用研究刘阳兴富宏军(沈阳真空技术研究所)ResearchontheVacuumAluminumBrazingTechnologyanditsApplicationLiuYangxingFuHongjun(ShenyangVacuumTechnologyInstitute)AbstractThemechanismandcharacteristicsofvacuumAluminumbrazingprocess,performanceandstructureofthefurnaceandtheapplicationofvacuumAluminumbrazingtechnologyareintro2ducedinthispaper.摘要本文介绍了真空铝钎焊工艺的机理和特点,真空铝钎焊炉的性能和结构,真空铝钎焊技术的应用。主题词:真空铝钎焊工艺设备应用一、前言铝合金的钎焊方法主要有干燥空气氯化物焊剂钎焊法,盐浴钎焊法,氮气保护无腐蚀焊剂钎焊法和真空无钎剂钎焊法等四种。干燥空气法和盐浴钎焊法由于使用氯化物钎剂,其主要缺点是焊后必须清除焊剂残渣,因为残渣有腐蚀作用。而清洗工序需要消耗大量淡水,因而不可避免地要带来环境污染问题。残留焊剂的腐蚀及污染问题的存在促使人们对无钎剂钎焊技术进行大量的研究。真空铝钎焊技术应运而生。二、真空铝钎焊的机理和工艺特点铝合金钎焊时,其表面的氧化膜影响液态钎料的湿润和流动。钎焊过程中,如果不能有效地去除表面的氧化膜,就难以形成优质的钎焊接头。为了去除氧化膜和防止铝在钎焊过程中再形成氧化膜,在钎料中加入少量的镁作为活化剂,能够有效地促使零件表面氧化膜的破碎、离散,液态钎料的湿润和铺展。铝合金的真空钎焊是一个复杂的过程,它即包括物理变化也包括化学变化。由于氧化铝膜的线膨胀系数只有铝的线膨胀系数的三分之一左右。根据计算,在温度高于400℃后,热应力足以使氧化铝膜局部开裂,露出纯净的铝表面。而钎料中的镁在550℃以上开始大量挥发。在加热室空间形成一种含镁的气氛,保护露出的铝表面不再氧化。另一方面通过氧化铝膜上的缝隙渗入铝合金表面,形成合金,局部熔化,进一步掘进氧化膜。液态钎料在无氧化膜的新鲜表面上产生湿润和流动,并在毛细力的作用下填充焊缝形成焊角。收稿日期1996204228邮编110042真空第5期34由以上分析可知铝合金的钎焊必须在高真空状态下进行,一般要在1023Pa数量级。若真空度低,则镁蒸发后立即与环境中的氧和水结合,不能形成保护性的镁气氛,使露出来的新鲜铝表面又立即氧化,不能去除氧化膜,造成液态钎料不能湿润和流动。对于热交换器类产品来说,工件的表面积很大,吸附的气体量也很多,在加热过程中会大量放气,使真空度降低。为了保正真空度,因而必须选择有较大抽速的真空机组。Al2Si2Mg钎料的熔点接近铝的熔点,因而其钎焊温度范围很窄,一般在595～615℃之间。而对于热交换器类结构来说一般尺寸都较大而空间分布上又很不平衡,并且大都是薄壁材料,因此对热区的温度均匀性要求很严,一般不超过±5℃,因此需要对温度进行分区控制。三、真空铝钎焊炉的性能与结构根据铝合金真空钎焊的工艺特点,真空铝钎焊炉在设计上应在真空度、漏气率、温度均匀性等方面满足工艺对设备的要求。沈阳真空技术研究所从八十年代中期开始对真空铝钎焊工艺及设备进行了大量研究,先后研制了多台真空铝钎焊炉,并于1989年完成了机械工业技术发展基金项目87J3013真空无钎剂铝钎焊工艺研究课题,提出了真空铝钎焊工艺规程,并于1989年10月通过部级鉴定。本文以1994年为山东泰安市水箱厂和山东省茌平冷却器厂研制的两台真空铝钎焊炉为例,简要介绍一下该设备的性能和结构:主要技术指标11均温区尺寸:800×800×1200mm21极限真空度:1×1023Pa31工作真空度:6.67×1023Pa41最高温度:800℃51温度均匀性:±30℃(九点测温)61压升率:0.5Pa/h71冷却速度:从600℃降至200℃不超过40min81控温方式:微机自动控制这两台设备交付用户使用后,经实际运行验证,钎焊的汽车空调冷凝器、蒸发器、中冷器和汽车散热器,表面光亮,焊角形成良好,焊缝均匀致密,取得非常满意的效果。该炉结构主要有以下几个部分(见图1):11炉体和加热室炉体为双层水冷壁结构。前后设置两个炉门,便于布置前后发热体。在炉体的前后左右上下均设有一支控温热电偶,控制六个面的加热温度。加热室由奥氏体不锈钢框架及多层不锈钢隔热屏构成。发热体由合金电阻带制造,辐射面积大并且非常耐用,不易损坏。六个面的发热体分别由六组单相电源供电。21真空系统为了实现快速抽气,缩短工作周期,提11风机21热交换器31插板阀41加热室51炉体61扩散泵71高真空阀81低真空阀91罗茨泵101滑阀泵