銅合金內導體的焊接工藝研究

高鳳麗

（中國電子科技集團公司 第二十七研究所，鄭州 450047）

0 引言

銅合金內導體做為某天線的重要組成部分，其材料為黃銅H62，結構外形如圖1。該工件是純結構件，在使用過程中不承受載荷。尺寸φ87.6、50 mm為內腔尺寸，為關鍵尺寸，其余尺寸為約尺寸。內壁的表面粗糙度對客戶的電性信號有影響，表面粗糙度值越小其電信號性能越強。

圖1 內導體的結構要素圖

1 加工方案的工藝性分析

該工件若采用整體加工成型，經計算其原材料利用率僅為2.3%，并且在加工過程中懸臂較長，加工量大，加工過程中需要分粗、精加工和時效處理，工序比較長，工人的勞動強度大，生產效率低。因此，該工件的加工應著重考慮焊接工藝，即將該內導體分為法蘭、支撐、上導體、端面等零件拼焊成一體，與整體加工相比，各零件的加工難度較小，材料的利用率約為64.2%，工人勞動強度小，生產效率高，但對焊接要求較高。

為確保焊接規范，保證焊縫質量的穩定，以下針對焊接工藝進行詳細的分析。

2 焊接方法的選擇

銅及其合金的焊接方法主要有熔焊、釬焊等方法。

2.1 熔焊

由于銅及銅合金導熱率高，線脹系數和收縮率大，熔化焊接銅及銅合金時容易出現基材難于熔合、坡口焊不透和表面成形差的外觀缺陷。同時，由于晶粒嚴重長大，雜質和合金元素的摻入，使焊接接頭的塑性、耐蝕性能嚴重下降，因此熔焊銅合金時要采用大能量、高能束的焊接方法，還必須配合不同程度的焊前預熱措施。

2.2 釬焊

釬焊是采用液相線溫度比母材固相線溫度低的金屬材料做釬料，將零件和釬料加工到釬料熔化，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互溶解和擴散而實現連接零件的方法。與熔焊方法比：釬焊有焊接變形小，對母材組織和性能的影響小，外形美觀等優點，但同時釬焊也有它本身的缺點，如釬焊接頭強度比較低、耐熱能力比較差、裝配要求比較高等。根據該導體的加工和使用情況，結合我所銅件的焊接技術水平，最終選擇了手工火焰釬焊。

3 焊接接頭設計

由于釬焊接頭的強度比較低，為了增大接頭的承載能力，釬焊接頭大多采用搭接型式，它可以通過改變搭接長度達到釬焊接頭與母材等強度。同時，由于搭接結構由臺階進行定位，其裝配與對接接頭相比也較簡單。在生產實踐中，搭接長度通常取焊接薄壁厚度的2～3倍。

4 釬料的選擇

本零件的焊接釬料選擇HL303即BAg45CuZn，該焊料的熔點是725℃，具有適中的熔點，可大大降低釬焊溫度，使工件的變形及接頭處的內應力減小，該釬料的焊接間隙為0.05～0.13 mm。

5 間隙確定

釬焊是依靠毛細力的作用使釬料填滿間隙的，間隙的大小在很大程度上影響釬縫的致密性和接頭強度。間隙過小，釬料流入困難，在焊縫內會形成焊渣或未焊透，導致接頭強度下降；接頭間隙過大毛細作用減弱，釬料同樣不能填滿間隙，也會使接頭的致密性變壞，強度下降。因此，釬焊時，接頭間隙的選擇很重要，以上導體端蓋和上導體配合為例，如圖2，其中δ為裝配間隙，其數值和釬料的選擇有關，下端臺階起到定位作用。

根據釬料的使用情況，對焊接配合進行公差分配，以端蓋和上導體為例，按焊接要求上導體的內孔和端蓋的外圓配合的單邊最大間隙為0.13 mm，最小間隙為0.05 mm，在直徑尺寸上的配合間隙應為2δ，即內孔與軸配合間隙為0.1～0.26 mm，由于孔的加工難度比軸要大，因此，采取基孔制加工，暫取其公差值ES=+0.1，對內導體的電性信號進行模擬，尺寸在極限尺寸時（即內導體口徑尺寸為φ87.7 mm），信號質量良好，因此，該上導體的公差值可行。計算軸的公差為es=-0.26mm，ei=-0.16 mm，計算過程為：δ最大=ES-ei即 0.26=0.10-ei，得ei=-0.16 mm；δ最小=0-es，即 0.10=0-es，得 es=-0.10 mm。

圖2 上導體端蓋和上導體配合示意圖

圖3 間隙配合的示意圖

6 焊料的確定

焊料選擇QJ101，它具有很好的清除表面氧化膜的能力，并有很好的浸流性，配合銀釬料使用可獲得良好的焊接效果，但是這種焊料的腐蝕性很強，焊后必須進行嚴格的清洗，以防殘留物對工件產生腐蝕。

7 焊接溫度的確定

釬焊溫度的選擇應高于釬料的液相線溫度20～60℃，以保證釬料熔化并能填滿間隙，由于HL303的液相溫度為725℃，因此選擇焊接溫度為760℃左右。

8 工藝流程

焊前預處理→裝夾定位→預熱→施焊→焊后清洗→焊后熱處理。

8.1 焊前預處理

銅及銅合金焊前需將其表面的油污、氧化膜清理，以保證焊接質量。去除氧化膜之前，將待焊處坡口及兩側各30 mm內的油、污、臟物等雜質用汽油、丙酮等有機溶劑進行清洗，然后放入12.5%H2SO4+1%Na2SO4的浸蝕液中，在40～50℃的溫度下，腐蝕掉各零件表面的氧化皮，再將工件放入10%的Na2CO3溶液中進行中和處理，隨后在室溫下清水中清洗干凈，并加以干燥。

8.2 裝夾定位

采用氬弧焊，將各件先進行點焊定位，校正變形，使各件間隙均勻。點焊數量為4點，沿圓周均勻分布。

8.3 預熱

預熱的目的是為了減緩焊接接頭加熱時溫度梯度及冷卻速度，從而防止產生裂紋。將點焊好的工件放在耐火磚上，調整焊槍火焰，對工件進行均勻預熱。

8.4 施焊

繼續對工件進行加熱的同時，將釬料端部充分加熱并蘸上釬劑，當溫度達到焊接溫度時，向焊縫中填焊料，直到焊縫中均勻地充滿釬料。焊接過程中，焊槍要不停地運動以保證均勻加熱，減少釬焊變形以及防止燒壞工件。

8.5 焊后清洗

由于QJ101的焊后殘留物不溶于水，很難去除。為保證能有效去除焊接后的殘留物，將焊后的內導體空冷到100℃左右時，放入水中，使焊渣開裂，再用刷子反復刷洗，然后放入10%的檸檬酸中的熱水中進行徹底清洗。

8.6 焊后熱處理

熱處理的溫度為260℃左右，保溫1.5 h，目的消除焊接應力，提高該工件的整體性能。

9結語

該工件按上述過程進行焊接后，用放大鏡檢查釬焊接頭，其釬料填隙均勻，表面光滑，無氣孔裂紋等外部缺陷。焊接后的內導體，經對焊縫打磨、表面鍍銀后使用，其性能良好，信號穩定。通過采取正確合理的配合間隙、釬料、釬劑、焊接溫度等參數，保證了焊接產品的質量，同時生產效率高，能獲得較好的經濟效益，對銅及銅合金焊接生產具有一定的指導作用。