專利名稱：一種真空釬焊裝置以及使用該裝置釬焊鋁合金工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁及鋁合金焊接領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋁及鋁合金工件的真空釬焊裝置，本發(fā)明還涉及使用該裝置釬焊鋁合金工件的方法。
背景技術(shù)：
鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、塑性好、加工成型性強(qiáng)、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性優(yōu)良和抗蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上廣泛使用，使用量僅次于鋼。鋁合金是指以鋁元素為基料的一類合金的總稱，其中添加的主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。鋁合金按加工方法主要分為兩大類鑄造鋁合金(在鑄態(tài)下使用)和變形鋁合金(能承受壓力加工)，變形鋁合金的力學(xué)性能高于鑄造鋁合金。鋁合金可加工成各種形態(tài)、規(guī)格的型材，因此鋁合金在航空航天、軍事、建筑、交通運(yùn)輸、電子工業(yè)和日常生活等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià) 值。鋁及鋁合金的釬焊可以采用火焰釬焊、真空釬焊、爐中釬焊和鹽浴釬焊等方法?；鹧驸F焊的設(shè)備簡單、燃?xì)鈦碓磸V、靈活性大、應(yīng)用范圍很廣，主要用于釬焊小型焊件和單件生產(chǎn)，但釬焊時(shí)的加熱溫度難以掌握，而且對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求較高。鹽浴釬焊具有加熱快而均勻、焊件不易變形、去膜充分的優(yōu)點(diǎn)，因而焊件質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高，特別適合于大批量生產(chǎn)，尤其適用于高密集結(jié)構(gòu)釬縫的焊接，鹽浴釬焊一般使用膏狀、箔狀釬料或使用Al-Si共晶成分或亞共晶成分的釬料包覆層。目前釬焊生產(chǎn)大多使用釬料包覆層，既能提高生產(chǎn)效率又能較好的保證釬焊質(zhì)量。其不足之處在于首先，由于加熱工件和去氧化膜都靠熔鹽進(jìn)行，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，進(jìn)鹽和出鹽都比較困難，這樣就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝帶來限制，使其復(fù)雜化，而且不容易保證焊接質(zhì)量；其次，由于特定的使用環(huán)境和使用壽命要求，有些產(chǎn)品對(duì)耐蝕性要求比較高，而鹽浴釬焊后工件內(nèi)殘留大量的釬劑，需要很長的清洗時(shí)間；另外，鹽浴釬焊設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。爐中釬焊的設(shè)備投資小，釬焊工藝簡單，操作方便。但是這種方法加熱慢，在空氣中加熱時(shí)工件表面容易氧化，尤其在溫度高時(shí)更為顯著，不利于釬劑的去膜，而且在加熱過程中，釬劑會(huì)因空氣中的水分而失效。鋁及鋁合金的真空釬焊與其他金屬的真空釬焊相比具有明顯的特殊性首先由于鋁及鋁合金表面的氧化膜十分穩(wěn)定，單純依靠真空條件幾乎不能達(dá)到去除氧化膜的目的，必須同時(shí)借助于某些金屬活化劑的作用。一般情況下用作金屬活化劑的是一些蒸氣壓較高同時(shí)對(duì)氧氣的親和力比鋁大的元素，例如鎂、鋇、鍶等元素。研究表明，以鎂作為活化劑效果最好，在65毫帕(Pa)的真空度下可以取得良好效果。由于鎂的蒸氣壓高，在真空中容易揮發(fā)，有利于清除氧化膜，且價(jià)格較低，因此應(yīng)用比較普遍。其中鎂(Mg)作為活化劑的去膜機(jī)理是一方面，活化劑與真空中殘留的O2和H2O反應(yīng)，消除了它們對(duì)鋁釬焊時(shí)的有害作用；另一方面，鎂(Mg)蒸氣滲入氧化膜下表材層與擴(kuò)散的Si —起形成低熔點(diǎn)的Al-Si-Mg合金，釬焊時(shí)，該合金熔化從而破壞了氧化膜與母材的結(jié)合，使熔化的釬料潤濕母材，在氧化膜下鋁合金母材上鋪展，并將表面膜浮起從而去除。鎂元素在地殼中的儲(chǔ)藏量較為豐富，其儲(chǔ)量約為2. 5%，僅次于鋁和鐵元素。鎂元素的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方晶格，密度約為I. 738g/cm3，熔點(diǎn)為650°C。鎂作為活性劑，可以以純鎂的細(xì)小顆粒形式直接放在接頭旁使用，或者以鎂蒸氣形式引入釬焊區(qū)，也可以將鎂作為合金元素加入鋁硅釬料中。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁合金釬焊件(如鋁合金散熱器、冷凝器、排管等)，鎂蒸氣很難在釬焊界面上遍布，釬焊出來的產(chǎn)品中常有在釬焊部位出現(xiàn)裂紋、氧化物夾渣、虛焊、未焊上等焊接缺陷，使得鋁合金釬焊產(chǎn)品的成品率較低
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可提高鋁及鋁合金工件釬焊性能和質(zhì)量的真空釬焊裝置，本發(fā)明還提供了使用該裝置釬焊鋁合金工件的方法。實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案
本發(fā)明所述的真空釬焊裝置，它包括鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室，所述鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室之間通過導(dǎo)管密封連通；在所述鎂蒸氣發(fā)生室內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置，在所述鎂收集室內(nèi)設(shè)置有帶有冷水管道的收集銅網(wǎng)。使用上述真空釬焊裝置釬焊鋁合金工件的方法包括下述步驟
第一步，將待釬焊的鋁合金工件的表面和釬料表面清洗干凈；
第二步，取金屬鎂(純鎂粉或純鎂塊)放置在鎂蒸氣發(fā)生室的電加熱裝置上，將待焊接的鋁合金工件和釬料放置在釬焊室內(nèi)，然后將上述真空釬焊裝置整體放入真空釬焊爐內(nèi)，將收集銅網(wǎng)中的冷水管道與外部的進(jìn)、出水管道相連通；
第三步，利用真空釬焊爐的抽真空系統(tǒng)將上述真空釬焊裝置內(nèi)抽至真空度為I. 4Pa ；第四步，在真空釬焊爐達(dá)到設(shè)定的真空度后，以每分鐘30-50°C的升溫速度來提高真空釬焊爐內(nèi)的整體溫度，當(dāng)溫度達(dá)到500-600°C時(shí)，停止升溫，保溫到爐內(nèi)溫度均勻，此時(shí)鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室內(nèi)的溫度均在500-600°C ；
第五步，啟動(dòng)鎂蒸氣發(fā)生室中的電加熱裝置，電加熱裝置以每分鐘10-20°C的升溫速度將溫度升高到600-640°C，在此溫度下，金屬鎂氣化，以鎂蒸氣的形式充滿整個(gè)鎂蒸氣發(fā)生室，由于鎂蒸氣發(fā)生室與釬焊室有一定的溫度梯度，溫度梯度使得鎂蒸氣發(fā)生室與釬焊室之間的鎂蒸氣形成壓力梯度，之后鎂蒸氣在壓力梯度的作用下由鎂蒸氣發(fā)生室順著導(dǎo)管導(dǎo)入釬焊室內(nèi)，鎂蒸氣和待釬焊的鋁合金工件內(nèi)腔及表面的氧化膜發(fā)生充分反應(yīng)，氧化膜被高溫鎂蒸氣完全清除；
第六步，保持釬焊室內(nèi)溫度500-60(TC 5-25分鐘，使釬料熔化并和鋁合金工件充分發(fā)生釬焊冶金反應(yīng)，進(jìn)行釬焊連接作業(yè)，與此同時(shí)，與釬焊工件表面氧化膜相互作用過的鎂蒸氣和多余的鎂蒸氣沿導(dǎo)管進(jìn)入鎂收集室中；
第七步，將收集銅網(wǎng)中的冷水管道內(nèi)通入冷卻水，通過控制冷卻水的流量將收集銅網(wǎng)的溫度控制在450-500°C范圍內(nèi)，由于釬焊室與鎂收集室有一定的溫度梯度，溫度梯度使得釬焊室與鎂收集室之間的鎂蒸氣形成壓力梯度，在壓力梯度的作用下進(jìn)入鎂收集室中的鎂蒸氣被收集銅網(wǎng)收集起來；
第八步，釬焊作業(yè)完成后，真空釬焊爐停止加熱，冷卻至室溫，將真空釬焊裝置從釬焊爐內(nèi)取出，然后取出釬焊好的鋁合金工件即可。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用結(jié)構(gòu)簡單的真空釬焊裝置解決了鎂蒸氣難以在釬焊界面上遍布的問題，由于真空釬焊裝置中的鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室之間的溫度不同，使得各室內(nèi)鎂的蒸氣壓不同，也就是鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室三個(gè)室的溫度梯度的差異造成三個(gè)室內(nèi)鎂的蒸氣壓壓力不同，鎂蒸氣在壓力梯度的作用下按著鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室、鎂收集室的順序流動(dòng)，釬焊室的鎂蒸氣在壓力梯度的作用下源源不斷的供給新鮮純凈的鎂蒸氣，已經(jīng)和鋁合金表面氧化膜相互作用的不純凈的鎂蒸氣被新鮮純凈的鎂蒸氣推擠到鎂收集室而被收集，使得在釬焊室內(nèi)鋁合金釬焊工件周圍始終保持大量純凈的鎂蒸氣，這樣可以高效徹底的清除鋁合金工件表面的氧化膜，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁合金工件的釬焊部位容易出現(xiàn)的裂紋、氧化物夾渣、虛焊、未焊上等焊接缺陷問題被嚴(yán)格控制，大幅度提高了鋁合金釬焊工件的釬焊性能和質(zhì)量，提高了鋁合金釬焊的釬焊效率和成品率，達(dá)到了節(jié)約資源的目的。


圖I是本發(fā)明真空釬焊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本發(fā)明所述的真空釬焊裝置，它包括鎂蒸氣發(fā)生室I、釬焊室2和鎂收集室3，鎂蒸氣發(fā)生室I、釬焊室2和鎂收集室3之間通過導(dǎo)管4密封連通；在鎂蒸氣發(fā)生室I內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置5，在鎂收集室3內(nèi)設(shè)置有帶有冷水管道的收集銅網(wǎng)6。下面以釬焊結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁合金散熱器為例來詳細(xì)說明使用本發(fā)明的真空釬焊裝置釬焊鋁合金工件的方法，具體操作步驟如下
第一步，將待釬焊的鋁合金散熱器7的表面用稀鹽酸或氫氧化鈉水溶液清洗，去除表面氧化物，如果有油污，可以用丙酮擦拭清洗干凈，鋁合金釬料先用砂紙打磨以去除表面氧化膜，再用丙酮擦掉油污；
第二步，取一定量的金屬鎂(純鎂粉或純鎂塊)8放置在鎂蒸氣發(fā)生室I的電加熱裝置5上，將待焊接的鋁合金散熱器7和鋁合金釬料放置在釬焊室2內(nèi)，然后將本發(fā)明的真空釬焊裝置整體放入真空釬焊爐9內(nèi)，將收集銅網(wǎng)6中的冷水管道與外部的進(jìn)、出水管道10相連通；
第三步，利用真空釬焊爐9的抽真空系統(tǒng)將本發(fā)明的真空釬焊裝置內(nèi)抽至真空度為I. 4Pa ；
第四步，在真空釬焊爐9達(dá)到預(yù)先設(shè)定的真空度后，以每分鐘30-50°C的升溫速度來提高真空釬焊爐9和真空釬焊裝置的整體溫度，當(dāng)溫度達(dá)到500-600°C時(shí)，停止升溫，保溫到爐內(nèi)溫度均勻，此時(shí)鎂蒸氣發(fā)生室I、釬焊室2和鎂收集室3內(nèi)的溫度均在500-600°C ；第五步，啟動(dòng)鎂蒸氣發(fā)生室I中的電加熱裝置，電加熱裝置以每分鐘10-20°C的升溫速度將溫度升高到600-640°C，在此溫度下，金屬鎂氣化，以鎂蒸氣的形式充滿整個(gè)鎂蒸氣發(fā)生室1，由于鎂蒸氣發(fā)生室I與釬焊室2有一定的溫度梯度，溫度梯度使得鎂蒸氣發(fā)生室I與釬焊室2之間的鎂蒸氣形成壓力梯度，之后鎂蒸氣在壓力梯度的作用下由鎂蒸氣發(fā)生室I順著導(dǎo)管導(dǎo)入釬焊室2內(nèi)，鎂蒸氣和待釬焊的鋁合金散熱器7的內(nèi)腔及表面的氧化膜(Al2O3)發(fā)生充分反應(yīng)，氧化膜被高溫鎂蒸氣完全清除，為高質(zhì)量的釬焊作業(yè)提供了保證；第六步，保持釬焊室2內(nèi)溫度500-60(TC 5-25分鐘，使釬料熔化并和鋁合金散熱器7充分發(fā)生釬焊冶金反應(yīng)，進(jìn)行釬焊連接作業(yè)，與此同時(shí)，與釬焊工件表面氧化膜相互作用過的鎂蒸氣和多余的鎂蒸氣沿導(dǎo)管進(jìn)入鎂收集室3中；
第七步，將收集銅網(wǎng)6中的冷水管道內(nèi)通入冷卻水，通過控制冷卻水的流量將收集銅網(wǎng)6的溫度控制在450-500°C范圍內(nèi)，由于釬焊室2與鎂收集室3有一定的溫度梯度，溫度梯度使得釬焊室2與鎂收集室3之間的鎂蒸氣形成壓力梯度，在壓力梯度的作用下進(jìn)入鎂收集室3中的鎂蒸氣被收集銅網(wǎng)6收集起來；
第八步，釬焊作業(yè)完成后，真空釬焊爐9停止加熱，冷卻至室溫，將真空釬焊裝置從真空釬焊爐9內(nèi)取出，然后取出釬焊好的鋁合金散熱器7即可。
權(quán)利要求
1.一種真空釬焊裝置，其特征在于它包括鎂蒸氣發(fā)生室(I)、釬焊室(2)和鎂收集室(3)，所述鎂蒸氣發(fā)生室(I)、釬焊室(2)和鎂收集室(3)之間通過導(dǎo)管(4)密封連通；在所述鎂蒸氣發(fā)生室(I)內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置(5)，在所述鎂收集室(3)內(nèi)設(shè)置有帶有冷水管道的收集銅網(wǎng)(6)。
2.使用權(quán)利要求I所述的真空釬焊裝置釬焊鋁合金工件的方法，其特征在于它包括下述步驟 第一步，將待釬焊的鋁合金工件的表面和釬料表面清洗干凈； 第二步，取金屬鎂放置在鎂蒸氣發(fā)生室(I)的電加熱裝置(5)上，將待焊接的鋁合金工件和釬料放置在釬焊室(2 )內(nèi)，然后將上述真空釬焊裝置整體放入真空釬焊爐內(nèi)，將收集銅網(wǎng)(6)中的冷水管道與外部的進(jìn)、出水管道相連通； 第三步，利用真空釬焊爐的抽真空系統(tǒng)將上述真空釬焊裝置抽至真空度為I. 4Pa ；第四步，在真空釬焊爐達(dá)到設(shè)定的真空度后，以每分鐘30-50°C的升溫速度來提高真空釬焊爐內(nèi)的整體溫度，當(dāng)溫度達(dá)到500-600°C時(shí)，停止升溫，保溫到爐內(nèi)溫度均勻，此時(shí)鎂蒸氣發(fā)生室(I)、釬焊室(2)和鎂收集室(3)內(nèi)的溫度均在500-600°C ； 第五步，啟動(dòng)鎂蒸氣發(fā)生室(I)中的電加熱裝置，電加熱裝置以每分鐘10-20°C的升溫速度將溫度升高到600-640°C，在此溫度下，金屬鎂氣化，以鎂蒸氣的形式充滿整個(gè)鎂蒸氣發(fā)生室(1)，由于鎂蒸氣發(fā)生室(I)與釬焊室(2)有一定的溫度梯度，溫度梯度使得鎂蒸氣發(fā)生室(I)與釬焊室(2)之間的鎂蒸氣形成壓力梯度，之后鎂蒸氣在壓力梯度的作用下由鎂蒸氣發(fā)生室(I)順著導(dǎo)管導(dǎo)入釬焊室(2)內(nèi)，鎂蒸氣和待釬焊的鋁合金工件內(nèi)腔及表面的氧化膜發(fā)生充分反應(yīng)，氧化膜被高溫鎂蒸氣完全清除； 第六步，保持釬焊室(2)內(nèi)溫度500-60(TC 5-25分鐘，使釬料熔化并和鋁合金工件充分發(fā)生釬焊冶金反應(yīng)，進(jìn)行釬焊連接作業(yè)，與此同時(shí)，與釬焊工件表面氧化膜相互作用過的鎂蒸氣和多余的鎂蒸氣沿導(dǎo)管進(jìn)入鎂收集室(3)中； 第七步，將收集銅網(wǎng)(6)中的冷水管道內(nèi)通入冷卻水，通過控制冷卻水的流量將收集銅網(wǎng)(6)的溫度控制在450-500°C范圍內(nèi)，由于釬焊室(2)與鎂收集室(3)有一定的溫度梯度，溫度梯度使得釬焊室(2)與鎂收集室(3)之間的鎂蒸氣形成壓力梯度，在壓力梯度的作用下進(jìn)入鎂收集室(3)中的鎂蒸氣被收集銅網(wǎng)(6)收集起來； 第八步，釬焊作業(yè)完成后，真空釬焊爐停止加熱，冷卻至室溫，將真空釬焊裝置從釬焊爐內(nèi)取出，然后取出釬焊好的鋁合金工件即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可提高鋁及鋁合金工件釬焊性能和質(zhì)量的真空釬焊裝置以及使用該裝置釬焊鋁合金工件的方法。該真空釬焊裝置包括鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室，鎂蒸氣發(fā)生室、釬焊室和鎂收集室之間通過導(dǎo)管密封連通；在鎂蒸氣發(fā)生室內(nèi)設(shè)置有電加熱裝置，在鎂收集室內(nèi)設(shè)置有帶有冷水管道的收集銅網(wǎng)。釬焊時(shí)，將純鎂放在電加熱裝置上，將工件和釬料放在釬焊室內(nèi)，然后將真空釬焊裝置整體放入真空釬焊爐內(nèi)，根據(jù)三個(gè)室內(nèi)鎂的蒸氣壓力不同，利用鎂蒸氣的流動(dòng)徹底清除鋁合金工件表面的氧化膜，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁合金工件的釬焊部位容易出現(xiàn)的裂紋、氧化物夾渣、虛焊、未焊上等焊接缺陷問題被嚴(yán)格控制，大幅度提高了鋁合金釬焊工件的釬焊性能和質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K1/19GK102744482SQ20121026756
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者呂登峰, 沈元?jiǎng)? 溫慧娟, 王洋, 程亞芳, 裴夤崟, 顏新奇, 馬力, 鮑麗, 龍偉民 申請(qǐng)人:鄭州機(jī)械研究所