98zn2al焊丝焊接2a01铝合金性能研究
研究了98Zn-2Al钎料在2A01铝合金表面的铺展性能以及2A01铝合金钎焊接头力学性能。98Zn-2Al钎料在2A01铝合金表面能够顺利铺展。在510℃~530℃范围内，随着试验温度提高，钎料的铺展面积增大，铺展性能提高。钎焊接头力学性能试验中搭接钎焊接头均断裂于钎缝，98Zn-2Al钎料2A01铝合金搭接钎焊接头强度为112.68Mpa。由于钎缝显微组织主要由锌基固溶体构成，锌基固溶体强度较低，对应的钎焊接头强度较低。综合考虑钎料铺展性能及钎焊接头力学性能， 98Zn-2Al钎料2A01铝合金搭接钎焊接头力学性能不稳定，焊接质量较差。 关键词 98Zn-2Al钎料，2A01铝合金，钎焊接头，铺展性能，力学性能 目录
1 引言 1
1.1 铝合金钎料的发展 1
1.2 Al-Si系钎料 2
1.3 Al-Si-Cu-Zn系钎料 2
1.4 Al-Cu-Ag-Zn系钎料 3
1.5 Al-Ge-Si系钎料 3
1.6 Zn-Al系钎料 3
1.7 Cd-Zn系钎料 3
1.8 Sn-Zn系钎料 4
1.9 Sn-Pb系钎料 4
1.10 Pb-Bi系钎料 5
1.11 研究意义 5
2 实验材料和方法 5
2.1 实验的流程图 5
2.2 钎料合金的选择与制备 6
2.2.1 制作98Zn-2Al钎料 6
2.2.2 原料及方法 6
2.2.3 钎料的毛细流动 7
2.3 钎料铺展性能实验 7
2.3.1 钎料润湿铺展性能的测试方法 7
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 2.3.2 铝用钎剂 8
2.3.3 钎料铺展试验采用的试验设备 9
2.4 炉中钎焊 9
2.4.1 表面清理与准备 10
2.4.2 钎焊接头形式 10
2.4.3 钎料的使用 11
2.4.4 钎焊时影响焊接质量的因素及注意事项 11
2.4.5 焊后清理与处理 12
2.5 钎焊接头力学性能测试 12
2.6 显微组织分析 13
3 实验结果与分析 15
3.1 98Zn-2Al 钎料的显微组织 15
3.2 98Zn-2Al钎料在2A01铝合金表面的铺展性能 16
3.3 98Zn-2Al钎料钎焊接头力学性能 18
3.4 98Zn-2Al 钎料钎焊接头显微组织 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
钎焊是利用熔点比母材熔点低的填充金属（称为钎料或焊料）在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，从而实现零件间连接的焊接方法。和传统的熔焊相比，钎焊时母材不熔化，仅钎料和钎剂熔化。美国焊接学会（AWS）对钎焊的定义是：“一组焊接方法，它通过把各种材料加热到适当的温度，通过使用具有液相温度高于450℃但低于母材固相线温度的钎料完成材料连接。钎料依靠毛细管吸附作用分布到接头紧密配合面上。”通常按照所采用钎料的熔点可将钎焊分为两类，钎料熔点低于450℃时称为软钎焊，高于450℃时称为硬钎焊。
铝到目前为止仍然是重量轻、加工性好和经过时效硬化能提高强度的优良金属材料，尤其是经过阳极氧化等表面处理后，不但提高了抗蚀性能而且表面也变得美观了。在添加铜、硅、镁、锌、锰以及镍、铁、钛、铬、锂等元素后，铝合金凭其密度低、强度高（接近或超过优质钢）、塑性好以及优良的导电性、导热性和抗蚀性，已经成为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。
1.1 铝合金钎料的发展
钎料又叫焊料，是进行钎焊焊接时所需要的填充物质，在焊接时会融化然后对焊件进行连接。钎料的组成成分以及和母材发生相互作用的程度对钎焊接头的性能有很大的影响。所以，钎料在很大程度上决定着钎焊接头的质量[1]。
当前市场上拥有的铝合金钎料种类繁多，大部分是用共晶成分的铝合金作为基础对其进行塑性加工，根据不同需要制作成各种形状，以满足不同焊接场合的需要。钎料必须要满足:钎料与母材相比，要具有较低的熔点，至少低于15℃ ;钎料的润湿性、流动性和热稳定性要好，这样才可以很快的扩散到母材当中,使焊接接头更加牢固，提高焊接质量，满足使用要求;钎料要具有均匀的成分和组织，能够使焊接接头的性能满足使用的要求[2] 。
由于铝元素比较活泼,所以还应该考虑钎料成分与母材成分之间的各种化学反应问题，以免影响焊接质量。铝钎料主要以Al-Si合金为主。有时加入Cu、Zn、Ge等元素以满足工艺性能的要求。经过多年的实践摸索，现已形成几个系列的铝钎料，其中许多钎料配合合适的工艺，均得到了令人满意的钎焊效果。下面主要介绍几种新的和常用的铝合金钎料。
1.2 Al-Si系钎料
Al-Si系钎料是一种以Al-Si共晶成分为基的钎料，同时也包含亚共晶、过共晶和添加元素不高于5%的Al-Si合金。它的组织中有一种曲卷片状的Si，具有比较差的力学性能,但是通过对其添加稀土变质剂就可以获得比较好的力学性能[3] 。该系列钎料的钎焊性能好，钎焊接头的强度比较高，且与母材成分之间的化学反应较少，能作为钎料中很好的一种。并且通过对Al-Si系钎料进行化学处理，能够在很大程度上增加钎料和焊缝的力学性能，使其具有更好焊接性能。
随着科技的发展，钎焊技术不断进步，研究出了一种新型的Al-Si合金钎料。与大多数晶态钎料相比，该种钎料的液相点大概比相同成分的普通晶态钎料的低3～5℃,润湿系数增加18%,强度增加28.4%。而且波动较小,有着一定的加工韧性。
在溶剂钎焊中很多都是使用Al- Si系列的钎料,但是进行真空溶剂钎焊,就需要在该系列的钎料中添加Mg,使其变成Al，Si，Mg三元系钎料，提高焊接质量。在刚开始进行钎焊时，镁可以升华成蒸汽,能够吸收焊接时的水汽,避免水汽在焊接时产生不利影响，导致焊接质量差;另外, 镁还可以通过活化除膜,提高钎料的表面质量，从而使钎料能够很好地润湿母材[4] ，提高焊接质量。
Al-Si系钎料由于熔点过高[5]，对于一些熔点比较低的铝合金(如6063铝合金)钎焊很难应用[6]。一般只能用于结构简单构件的钎焊和炉中钎焊[7]，虽然可以用快速凝固的办法来降低A1-Si系钎料的熔点，不过其作用并不明显[8]。
2.2 钎料合金的选择与制备
钎剂在钎焊过程中的反应速度随着基体金属，钎料和附加零件温度的升高而加快，当钎剂熔化后，在特定的时间内钎剂如不能及时流布，随着加热时间的延长钎料的流布特性将下降，从而导致钎剂的失效。因此选择钎剂的成分时，在满足钎焊过程的全部要求中还包括时间因素，钎剂的使用技术和方法以及钎焊所需的时间对钎焊质量影响很大，因为有许多变化的因素影响钎剂的适用性，如基体金属、钎料、钎焊的方法、钎焊所需的时间、升温速度及接头的复杂程度等。如果想得到优质焊缝必须选择所用钎剂的最佳性能规范及使用方法。
1 引言 1
1.1 铝合金钎料的发展 1
1.2 Al-Si系钎料 2
1.3 Al-Si-Cu-Zn系钎料 2
1.4 Al-Cu-Ag-Zn系钎料 3
1.5 Al-Ge-Si系钎料 3
1.6 Zn-Al系钎料 3
1.7 Cd-Zn系钎料 3
1.8 Sn-Zn系钎料 4
1.9 Sn-Pb系钎料 4
1.10 Pb-Bi系钎料 5
1.11 研究意义 5
2 实验材料和方法 5
2.1 实验的流程图 5
2.2 钎料合金的选择与制备 6
2.2.1 制作98Zn-2Al钎料 6
2.2.2 原料及方法 6
2.2.3 钎料的毛细流动 7
2.3 钎料铺展性能实验 7
2.3.1 钎料润湿铺展性能的测试方法 7
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
/> 2.3.2 铝用钎剂 8
2.3.3 钎料铺展试验采用的试验设备 9
2.4 炉中钎焊 9
2.4.1 表面清理与准备 10
2.4.2 钎焊接头形式 10
2.4.3 钎料的使用 11
2.4.4 钎焊时影响焊接质量的因素及注意事项 11
2.4.5 焊后清理与处理 12
2.5 钎焊接头力学性能测试 12
2.6 显微组织分析 13
3 实验结果与分析 15
3.1 98Zn-2Al 钎料的显微组织 15
3.2 98Zn-2Al钎料在2A01铝合金表面的铺展性能 16
3.3 98Zn-2Al钎料钎焊接头力学性能 18
3.4 98Zn-2Al 钎料钎焊接头显微组织 19
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
钎焊是利用熔点比母材熔点低的填充金属（称为钎料或焊料）在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，从而实现零件间连接的焊接方法。和传统的熔焊相比，钎焊时母材不熔化，仅钎料和钎剂熔化。美国焊接学会（AWS）对钎焊的定义是：“一组焊接方法，它通过把各种材料加热到适当的温度，通过使用具有液相温度高于450℃但低于母材固相线温度的钎料完成材料连接。钎料依靠毛细管吸附作用分布到接头紧密配合面上。”通常按照所采用钎料的熔点可将钎焊分为两类，钎料熔点低于450℃时称为软钎焊，高于450℃时称为硬钎焊。
铝到目前为止仍然是重量轻、加工性好和经过时效硬化能提高强度的优良金属材料，尤其是经过阳极氧化等表面处理后，不但提高了抗蚀性能而且表面也变得美观了。在添加铜、硅、镁、锌、锰以及镍、铁、钛、铬、锂等元素后，铝合金凭其密度低、强度高（接近或超过优质钢）、塑性好以及优良的导电性、导热性和抗蚀性，已经成为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。
1.1 铝合金钎料的发展
钎料又叫焊料，是进行钎焊焊接时所需要的填充物质，在焊接时会融化然后对焊件进行连接。钎料的组成成分以及和母材发生相互作用的程度对钎焊接头的性能有很大的影响。所以，钎料在很大程度上决定着钎焊接头的质量[1]。
当前市场上拥有的铝合金钎料种类繁多，大部分是用共晶成分的铝合金作为基础对其进行塑性加工，根据不同需要制作成各种形状，以满足不同焊接场合的需要。钎料必须要满足:钎料与母材相比，要具有较低的熔点，至少低于15℃ ;钎料的润湿性、流动性和热稳定性要好，这样才可以很快的扩散到母材当中,使焊接接头更加牢固，提高焊接质量，满足使用要求;钎料要具有均匀的成分和组织，能够使焊接接头的性能满足使用的要求[2] 。
由于铝元素比较活泼,所以还应该考虑钎料成分与母材成分之间的各种化学反应问题，以免影响焊接质量。铝钎料主要以Al-Si合金为主。有时加入Cu、Zn、Ge等元素以满足工艺性能的要求。经过多年的实践摸索，现已形成几个系列的铝钎料，其中许多钎料配合合适的工艺，均得到了令人满意的钎焊效果。下面主要介绍几种新的和常用的铝合金钎料。
1.2 Al-Si系钎料
Al-Si系钎料是一种以Al-Si共晶成分为基的钎料，同时也包含亚共晶、过共晶和添加元素不高于5%的Al-Si合金。它的组织中有一种曲卷片状的Si，具有比较差的力学性能,但是通过对其添加稀土变质剂就可以获得比较好的力学性能[3] 。该系列钎料的钎焊性能好，钎焊接头的强度比较高，且与母材成分之间的化学反应较少，能作为钎料中很好的一种。并且通过对Al-Si系钎料进行化学处理，能够在很大程度上增加钎料和焊缝的力学性能，使其具有更好焊接性能。
随着科技的发展，钎焊技术不断进步，研究出了一种新型的Al-Si合金钎料。与大多数晶态钎料相比，该种钎料的液相点大概比相同成分的普通晶态钎料的低3～5℃,润湿系数增加18%,强度增加28.4%。而且波动较小,有着一定的加工韧性。
在溶剂钎焊中很多都是使用Al- Si系列的钎料,但是进行真空溶剂钎焊,就需要在该系列的钎料中添加Mg,使其变成Al，Si，Mg三元系钎料，提高焊接质量。在刚开始进行钎焊时，镁可以升华成蒸汽,能够吸收焊接时的水汽,避免水汽在焊接时产生不利影响，导致焊接质量差;另外, 镁还可以通过活化除膜,提高钎料的表面质量，从而使钎料能够很好地润湿母材[4] ，提高焊接质量。
Al-Si系钎料由于熔点过高[5]，对于一些熔点比较低的铝合金(如6063铝合金)钎焊很难应用[6]。一般只能用于结构简单构件的钎焊和炉中钎焊[7]，虽然可以用快速凝固的办法来降低A1-Si系钎料的熔点，不过其作用并不明显[8]。
2.2 钎料合金的选择与制备
钎剂在钎焊过程中的反应速度随着基体金属，钎料和附加零件温度的升高而加快，当钎剂熔化后，在特定的时间内钎剂如不能及时流布，随着加热时间的延长钎料的流布特性将下降，从而导致钎剂的失效。因此选择钎剂的成分时，在满足钎焊过程的全部要求中还包括时间因素，钎剂的使用技术和方法以及钎焊所需的时间对钎焊质量影响很大，因为有许多变化的因素影响钎剂的适用性，如基体金属、钎料、钎焊的方法、钎焊所需的时间、升温速度及接头的复杂程度等。如果想得到优质焊缝必须选择所用钎剂的最佳性能规范及使用方法。
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