鋁合金釬焊板熱軋復合工藝研究

馮海龍

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530031）

鋁合金焊接材料主要用于制氧設備和汽車冷卻器。具有規模小、耐腐蝕性良好的焊接性能和可靠性能等優點。隨著中國汽車工業的快速發展和空分設備的改進，對焊料材料的均勻性、涂層尺寸和特性的要求也越來越嚴格[1]。為了促進本行業與其他相關產業的共同發展，提高中國汽車產品在國際市場上的競爭力，探索汽車發展所需要用到的鋁合金焊技術，滿足中國汽車工業的發展需求，鈑金焊接和空分設備的板材在戰略上非常重要。

1 影響釬焊性能的主要因素

（1）材料。復合形式的工作環境是鋁合金焊接箱材料的特點，還具有高強度、高熔點、優異的超強電阻以及良好的處理性能。因此，用于熱軋復合焊料的鋁箔基材主要是第三系列的合金，復合方式主要由4系/3系/4系組成。殼體材料需要較低的焰點、優異的流動性、填充特性以及良好的焊接特性。基體成分需要包覆質量和金屬度，是影響鋁合金釬焊板焊接性能的重要因素[2]。

（2）包覆率。復合焊料片的包覆率表示包覆層厚度占總厚度的百分比。如果覆蓋率太低，可焊接的材料在焊接時不能充分供熱，會導致干燥或假焊，對傳熱阻力有著極大的影響，涂層速度和厚度對施工后的最終產品影響很大，會導致中心材料的厚度相對較小。焊接片材時，難以支撐熱交換器的重量和夾緊壓力，極其容易被破壞。因此，研究包覆合金非控制技術在基體和軋制過程中的高溫力學性能變化規律并確定基體和殼體的初始目標值是非常重要的。焊接過程中能夠在高溫下抗彎曲變形，是測量復合帶材整體性能的重要指標，也反映了復合板材料抗彎曲能力[3]。

2 主要工序工藝要素及控制要點

2.1 基體及包覆板的準備

釬焊板復合軋制屬于兩種不同的具有抗變形能力和金屬的部件（合金3003和4004合金），不同于傳統的軋制性能，他有著自己獨特的變形方法。熱軋板材可分為三個階段：第一步對應于熱軋的前幾個步驟，在這個階段，變形的特性并非是將所有組件都連接在一起，而是將每個組件都變形，并且使組件的界面具有相對滑動。該步驟允許鋁箔的變形，是自由變形階段。在第二階段，使每個部件的界面部分都進行焊接，保證其不再滑動，并且變形量在軋制過程中產生臨界變形。該步驟被稱為半剛性工藝，其中該階段的鋁箔的變形率小于基板的變形率，因為軟金屬的輕微變形和固體金屬的硬變形限制了鋁箔變形的比例。第三步是焊接每個部件后的軋制步驟。盡管該過程可以被認為是對整體的軋制，但是每個部件的變形阻力是不同的，因此每個部件的變形模式總是不同的。該過程稱為有限轉換階段。在這種情況下，兩個元件的變形變得越來越相等。因此，在熱軋初期的鋁外殼的變形，使得鋁外殼的板略小于基板長度。根據金屬的塑性變形理論，金屬在變形過程中趨向于向變形阻力小的方向上膨脹。在基座被熱密封到鋁涂層的初始階段，部件之間沒有連接，部件各自變形，并且部件之間的界面相對光滑。由于鋁涂層數據庫具有輕微的厚度偏差（橫向和縱向），因此每個部件的滑動是不一致的，這與鑄錠長度直接相關。鑄錠越長，現象越強，與鋁板基板的偏移就越大；因此鑄錠長度越小越好。杠桿的兩側都是拱形的，銑削后，鑄錠的有效寬度比標準寬度小5mm～10mm，但基本塊的寬度必須比鋁板大10mm，以確保焊片的焊接效果。

2.2 包覆作業

在涂覆過程中，基材表面材料的純度會直接影響涂層板是否對稱分布，而不是直接影響熱軋復合材料的強度和涂層均勻性。

在進行包覆作業時，揮發性噴氣燃料和面板必須清洗干凈，洗滌后不留油、乳液污漬或手工痕跡，將涂料對稱地排列在基材的頂部和底部。必須在這種焊接體（芯）的兩端應用對稱的后殼材料附件（或者是對稱的溫帶張力前鐵帶切割），防止軀干板移位。

2.3 熱粗軋軋制工藝

熱軋焊接板的重點和難點在于復合材料的熱軋工藝。熱成分能夠直接影響包層板的均勻性，也影響包層板的性能。在熱軋的第一階段，即自由變形階段，必須采用小型壓力機進行慢速軋制方法，并采用與通常分離合金不同的軋制方法。首先，將預定的正壓力施加到塊體的中心，以緩慢的方式連接塊體，使其能夠相對滑動，以穩定鋁板，并使基板最小化，在確定均勻分布的厚度比例的同時，還有助于在涂層和基板之間形成氣體以確保焊接質量。在熱軋的第一階段，軋制過程對邊緣層的均勻性具有顯著影響。通常選擇少量的軋制工藝以保證紙邊緣的形狀和質量，并提高生產率。

熱軋焊接板（膜）的復雜性在于熱軋，熱軋和冷軋的工藝類似于熱軋板的軋制過程，包含分離的材料（3003），但是對于涂層而言，當包覆層材料的厚度減小時，釬焊板不能使涂層太薄致使其剝落，因此重點應該放在線圈的形狀上，通過控制它，減少因不正確的形狀或線圈形狀導致的薄膜不均勻變形。

2.4 滾邊厚度及滾邊量

管子厚度和管子數量的選擇對殼體厚度的比例有很大影響：一方面，合金復合板邊緣寬度較大，這樣很難與管子的另一側重疊。另一方面，滾邊使邊部金屬的流動和擴展復雜化，因為不滾邊時上下表面邊部包覆層金屬朝軋件側面流動和擴展，而滾邊及其后的軋制使得軋件側面金屬一部分將朝表層中間方向翻轉，形成兩種操作狀態：面向邊緣層的厚度大于中心，并且振動的程度和寬度直接受滾邊厚度的影響。通過連續優化，選擇了兩個滾動邊緣，滾動邊緣的厚度更加準確，并且減少了各個滾子的數量。從冷軋樣品到涂層厚度比的分析，邊緣涂層厚度的比例一般都應該在該范圍內。

2.5 包覆層厚比均勻性和復合前后包覆厚比的變化

層厚均勻性是衡量鋁合金焊料質量的重要指標。在軋制時，覆蓋層的厚度不論是上包層或下包層，其偏差在同一條帶的寬度方向上都具有預定的規則性。涂層的厚度大（在內邊緣處）并且中間部分的變化小。因此，控制蓋板之間的厚度差異以確定焊接過程是非常重要的。在第一階段中，這是一個自由變形的階段。涂覆金屬的變形超過了基底金屬的變形，并且涂層厚度的百分比急劇下降。一旦熱軋結合，涂層厚度的比率將趨于恒定。對于不同的冷軋條件，這兩種元素的變形趨于均勻，并且涂層厚度的比率不會顯著變化。

3 結語

因此，鋁合金復合材料焊接板的熱軋工藝與傳統的鋁合金箔基本相同，但具有一定的特性，其中，熱軋復合和冷軋組合加工系統仍需要優化。影響鋁合金復合焊板性能的因素主要取決于基體的化學成分的發展和設計上，復合涂層應采用熱處理，減少殼體材料的集中熱量損失，加強對彎曲強度的控制，對焊接板性能進行突破性的改進。