6061鋁合金真空釬焊工藝研究

胡瓊

摘 要：為了提高鋁合金結構件的生產效率，降低生產成本，針對試驗件及航空電子設備機箱結構特點進行真空釬焊加工工藝研究，通過分析6061鋁合金材料特性及釬焊性，確定母材6061鋁合金真空釬焊工藝過程及真空釬焊工藝參數以及工件經釬焊后進行強化處理的工藝方法和工藝參數。鋁合金的真空釬焊離不開釬焊料，釬焊料的選擇是釬焊成功的關鍵因素之一，由于目前市場所能提供的釬焊料品種不多，根據目前市場常見的幾種釬焊料，如純釬料：箔材4004、4047，單面及雙面復合釬料其基材為3003，壓覆層為4004。通過對比試驗確定釬焊6061母材的焊料為4004相對合適。

關鍵詞：6061鋁合金;真空釬焊;焊接工藝;4004釬焊料

中圖分類號：TG425 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0080-02

0 引言

真空釬焊是在真空環境下，不需要使用釬劑，利用毛細作用將釬料填滿于母材間隙之間的高質量焊接方式。其具有焊接變形小，外觀質量高、結構簡單、加工效率高、環保等優點[1]，廣泛應用于航天、航空等行業，是航空電子系統機載設備鋁合金機箱的常用加工方式。

上世紀70年代，國外已經開始研究鋁合金的真空釬焊。現階段，美、英、日已經處于高質量批量生產的階段[2]，而我國真空釬焊起步晚，主要用于火箭發動機和航空發動機等不銹鋼及高溫合金的釬焊，隨著航空電子設備輕量化需求，鋁合金越來越多的用于機載設備機箱。6061鋁合金屬于可熱處理強化合金，具有較好的可成形性、可焊接性及可切削性能，耐腐蝕和中等強度，廣泛應用于機載設備[3]。現階段對機箱類產品主要采用線切割方式加工機箱腔體，該加工方式不但效率低而且還浪費材料，因此需要對6061鋁合金真空釬焊加工工藝進行研究，改進機箱產品加工效率[4]。

1 6061鋁合金焊接性能分析

鋁合金6061屬鋁鎂硅系合金，主要元素為Mg和Si，其強化相為Mg2Si。其化學成分如表1所示。

真空釬焊的焊接溫度需低于母材的固相線溫度，但又要高于釬料的液相線溫度，該溫度可以使母材不熔化的狀態完成焊接，這樣對母材的影響比較小，結構變形也相對較小。6061鋁合金固相線溫度為582～595℃，液相線溫度635～652℃，理論上焊接溫度不超過593℃，但為了防止母材過燒，要盡量降低焊接溫度，因此需要選擇合適的釬料進行6061鋁合金真空釬焊。

2 真空釬焊工藝研究

2.1 焊料的選擇

釬焊料的選擇對零件焊接成敗致關重要，釬焊料的選擇有如下幾個原則：

（1）盡量選擇釬料的主成分與母材主成分一致的釬料。（2）釬料的液相線溫度要低于母材固相線溫度。（3）釬料的熔化區間，即該釬料的固相線與液相線之溫度差要盡量小，否則將引起工藝上的困難。溫度差過大還易引起熔析。（4）釬料中的某一重要組元能與母材產生液態互溶，從而能形成牢固的結合。（5）釬料的主要主成分與母材主成分在元素周期表中的位置盡量靠近，這樣的釬料引起的電化學腐蝕較小，焊接接頭的抗腐蝕性好。（6）釬料具有良好的成形加工性能，能加工成絲、棒、片、箔、粉等型材。

依據上述原則及市場的供應情況，牌號為4004的釬料適合于6061鋁合金真空釬焊。該牌號的釬焊料其市場提供有0.1、0.15厚度兩種及復合釬料，復合釬料選擇434，該復合釬料其壓覆層采用4004焊料，其基板采用了3003合金。4004釬料成分如表2所示。

2.2 焊接前工件的清洗

被釬焊的工件必須仔細去除表面的各種污物、油污、氧化層，否則不能獲得良好的焊縫和較高的焊接強度。

清洗方式采用普通的堿、酸洗。

將工件放在5%的NaOH，溫度在60℃左右的溶液中浸泡10-15s→將工件放入清水容器中清洗→將工件放入體積比為65%的硝酸溶液：水（2：8）的溶液中浸泡1-2分鐘→將工件放入清水容器中清洗→放入60℃左右的清水中清洗→將工件放入100℃的烘箱中烘干→用干凈的紙張包裝好防止再次污染→24小時內進行釬焊。釬焊時焊接面用丙酮擦拭一遍。

2.3 焊接溫度

根據6061鋁合金和釬料焊接溫度特性，同時為防止焊接過程溫度變化過快導致母材變形，采用階梯加熱方式，分階段加熱至焊接溫度。研究總結出以下二種可行的焊接溫度工藝參數，焊接溫度如表3所示。

2.4 真空釬焊后熱處理工藝

6061-T6鋁合金經過真空釬焊之后，其抗拉強度存在一定程度的減弱，減弱為母材的39%[5]，難以滿足實際使用要求，因此需要進行熱處理強化[6]，使其抗拉強度滿足使用要求。

通過查閱相關資料，本文使用如下的熱處理工藝：將試件進行加熱2小時至525±5℃→保溫1.5小時→將試件取出放入35℃-40℃的水中進行冷卻至室溫→將試件放入恒溫試驗箱進行人工時效（加溫至170℃保溫8小時，之后空氣中冷卻）。

3 試驗件真空釬焊試驗

根據上文所述的焊接工藝，設計釬焊試驗選出最佳釬料、清洗方法以及溫度曲線。釬焊試驗采用如圖1所示的標準試驗件。采用不同的釬焊工藝對其進行釬焊，每一次試驗焊接三塊試驗件，焊接結束后測試其抗拉強度。

試驗件真空釬焊試驗結果如表4所示，其中釬料1為厚度為0.1mm的4004釬料，釬料2為厚度0.15mm的4004釬料，釬料3為434復合釬料。

通過試驗結果可以看出試驗4所使用的釬料與溫度曲線焊接的焊縫抗拉強度最大，平均抗拉強度為126MPa。因此，對6061鋁合金可采用4004釬料，使用加熱參數2進行真空釬焊。

對試驗4所采用的釬焊工藝焊接得到的試驗件進行熱處理強化，三個試驗件焊縫的抗拉強度分別為209MPa、202MPa、205MPa，平均抗拉強度為205.3MPa，能達到母材抗拉強度的70%左右（6061-T6抗拉強度為295MPa），能滿足實際使用要求。

4 機箱真空釬焊試驗

根據試驗分析得到的焊接工藝對如圖2所示的長方體機箱進行真空釬焊試驗。對焊件表面進行堿、酸清洗，使用4004復合釬料和溫度參數2對該機箱進行真空釬焊，焊接完成進行熱處理強化。焊接完成后，檢查其能否滿足設計要求，對焊縫質量進行檢查，及機箱外形尺寸進行測量。

真空釬焊及熱處理強化完成后，焊縫滲透檢驗結果如圖3所示，從圖中可以看出焊接所得到的4條焊縫均無滲透現場，滿足設計要求。

機箱外形尺寸測量結果如表5所示，可以看出真空釬焊后及熱處理之后機箱的外形尺寸滿足設計要求無超差發生。

5 結語

綜上所述，通過采用4004純釬料及溫度參數2的工藝，6061鋁合金真空釬焊后焊縫抗拉強度達到126MPa，熱處理強化后焊縫的抗拉強度達到母材的70%左右，能滿足航空電子設備機箱的強度使用要求，同時采用該真空釬焊工藝焊接得到的機箱，其焊縫質量與尺寸均能滿足機箱使用要求。

參考文獻

[1] 高亮，王廣海.鋁合金真空釬焊技術的發展[J].科技創新與應用，2016（14）：166.

[2] 趙麟.鋁及鋁合金的真空釬焊技術[J].山東紡織工學院學報，1989，4（4）：66-74.

[3] 鄭欣，王廣海，陳建，等.6061鋁合金真空釬焊技術的發展[J].輕合金加工技術，2014（1）：8-12.

[4] 王飚，李衛民.淺論鋁合金真空釬焊機箱的應用和加工[J].航空電子技術，2014，45（2）：51-55.

[5] 張洪.6061和6063鋁合金真空釬焊后熱處理強化工藝[J].內燃機與配件，2018（54）：107-108.

[6] 張德芬，譚蓋，劉璐，等.熱處理對6061鋁合金組織與性能的影響[J].金屬熱處理，2015，40（11）：184-187.