95zn5al焊丝3003铝合金6063铝合金异种铝合金焊接接头组织与性能
采用95Zn-5Al钎料钎焊3003铝合金/6063铝合金异种铝合金搭接接头，研究了钎料的铺展性能，以及钎焊接头的力学性能与显微组织。铺展实验表明，95Zn-5Al钎料在3003铝合金表面铺展性能良好，在6063铝合金表面的铺展性能稍差，炉温510℃、520℃、530℃时在3003铝合金表面的铺展面积分别为171.65mm2、181.41mm2、193.25mm2，对应温度在6063表面的铺展面积分别为167.45mm2、175.89mm2、188.16mm2。钎焊接头力学性能实验表明，95Zn-5Al钎料钎焊3003铝合金/6063铝合金异种金属搭接接头的强度较低，为55MPa。6063铝合金对应的焊缝内部枝状共析组织较为粗大，因此钎焊接头强度低。关键词 3003铝合金，6063铝合金，炉中钎焊，Zn-Al钎料，力学性能
目录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2研究背景 1
1.2.1钎焊方法 1
1.2.2钎料的选择 3
1.2.3钎剂的选择 4
2实验方法 5
2.1 95Zn5Al焊丝制备 6
2.2钎料显微组织 7
2.3钎料铺展实验 7
2.3.1实验原理 8
2.3.2实验步骤 8
2.4炉中钎焊 9
2.5钎焊接头显微组织 10
2.6接头力学性能 10
3实验分析 11
3.1钎料显微组织 11
3.2钎料铺展实验 13
3.3接头强度实验 15
3.4接头显微组织 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1绪论
1.1引言
3003铝合金和6063铝合金在力学性能和焊接工艺性能上具有较大差异性。3003铝合金为AlMn系合金，强度只比纯铝稍高（较低），塑性好，常用作形状要求较高的低载荷零件，耐腐蚀，是常用的一种防锈铝，焊接性能优良[1]。6063铝合金为AlMnSi系锻铝型合金，具有耐蚀性好，以及易于冷加工成型等特点。由于6063铝合金中存在三种元素，表面氧化膜成分复杂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
，对钎焊条件要求过高，钎焊的难度很大。要完成性能差异如此大的两种铝合金的焊接[2]。首先，要选择低于两种母材液相线温度一定范围的钎料，防止加热时母材融化，且能形成力学性能良好的接头组织。其次，要选择合适的钎剂，去除氧化膜效果优良，钎剂融化温度一般选低于钎料30~50℃，防止钎焊过程中钎剂过早失效[3]。最后，要选择最佳的加热温度和加热时间进行钎焊，钎焊结束后进行接头组织性能各项分析。虽然只进行了95Zn5Al焊丝单项钎焊实验，但对铝合金钎料选择具有重要意义。
1.2研究背景
铝合金因为轻质、耐蚀、导热、导电性优良等特点，广泛用于各行各业，且用量十分庞大。铝合金的用法也有很多种，比如用于航空航天、高速铁路、机箱、建筑、电器、汽车和船舶等行业，但其实铝的使用并不如想象的那么容易。纯铝导热性好，但机械性能十分的差，质软不耐磨，冷加工性能也差。所以人们寻求为了寻求铝的最佳使用方法研究出了各种各样的铝合金[4]。
铝合金有着让人惊艳的机械性能也有着让人头疼的焊接性能，由于其特有的物理、化学性能其焊接过程中会遇到种种问题，如氧化、裂纹和气孔等。因此对铝合金焊接方法的要求非常严格。铝合金钎焊是铝合金焊接的最主要也是最核心的焊接方法。随着新材料和新工艺的不断产生，铝合金钎焊方法也在蓬勃发展，其钎焊方法、钎料、及钎剂都在不断推陈出新[5]。下面就从这三个方面加以介绍。
1.2.1钎焊方法
铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。
(1)火焰钎焊,设备其实很简单，一把火焰喷枪，加上燃气、氧气瓶就能进行。燃气来源广、焊接灵活、应用广泛[6]。这种焊接方法主要用于小型单件不重复生产作业，而且有多种火焰可以使用，据报道，我国曾与其他国家合作生产了一宗夏普气，这种气体火焰柔和,温度度介于液化气与氧乙炔之间,是一种较好的铝钎焊加热热源。但与其它钎焊方法相比,火焰钎焊加热温度主要靠作业人员感官控制，难以掌握,而且对操作者的经验要求较高。
（2）盐浴钎焊是浸渍钎焊的一种，浸渍钎焊也叫液体介质中钎焊，是将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴槽中加热焊接。这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确、焊件不易变形、去膜充分，适合于大批量生产和大型构件的焊接，尤其适用于密集结构钎缝的焊接[7]。盐浴槽中的盐多由钎剂组成。焊后工件上常残存大量的钎剂，清洗工作量大。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层,钎料包覆层是AlSi共晶成分或AlSi亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层,既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量[8]。其不足之处:首先,由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行,对于结构复杂的工件,进盐和出盐都比较困难,这样就给结构设计和工艺带来限制,使其复杂化,而且不容易保证焊接质量。其次,由于特定的使用环境和使用寿命要求,有些产品对耐蚀性要求比较高而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂,这样就需要很长的清洗时间。另外,盐浴钎焊设备投资大,工艺复杂,生产周期长。
（3）空气炉中钎焊，其设备投资小,钎焊工艺简单,操作方便。但是这种方法加热慢,在空气中加热时工件表面容易氧化,尤其在温度高时更为显著,不利于钎剂的去膜,而且在加热过程中,钎剂会因空气中的水分而失效[9]。针对这种情况,现在发展了干燥空气炉中钎焊。
(4)真空钎焊：铝比较活泼,容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时,单纯依靠真空条件难以去除氧化物,必须同时借助于某些金属活化剂,如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理:一方面,活化剂与真空中残留的O2和H2O反应,消除了它们对铝钎焊时的有害作用;另一方面,Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的AlSiMg合金,钎焊时,该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合,使熔化的钎料得以润湿母材,在膜下母材上铺展,并将表面膜浮起而去除。铝合金真空钎焊时,应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污,可以用酒精擦拭。对钎料的处理,一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜,再用酒精擦掉油污[10]。对于较大的工件,在焊接前进行预热,以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜,对于结构复杂的焊件,为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用,国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施,取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内,在其中放入Mg屑,然后置于真空钎焊炉中进行钎焊,这样可以大大提高钎焊质量。真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度,要得到高质量的接头,很大程度上取决于真空度的大小[11]。根据一些工作人员多年的经验,如果钎焊设备较长时间没有使用过,应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时,尤其是批量生产时,两次使用的时间间隔应尽量缩短,这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。真空钎焊是一种优良的钎焊方法,但也存在着设备复杂、昂贵,真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平,今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。
目录
1绪论 1
1.1引言 1
1.2研究背景 1
1.2.1钎焊方法 1
1.2.2钎料的选择 3
1.2.3钎剂的选择 4
2实验方法 5
2.1 95Zn5Al焊丝制备 6
2.2钎料显微组织 7
2.3钎料铺展实验 7
2.3.1实验原理 8
2.3.2实验步骤 8
2.4炉中钎焊 9
2.5钎焊接头显微组织 10
2.6接头力学性能 10
3实验分析 11
3.1钎料显微组织 11
3.2钎料铺展实验 13
3.3接头强度实验 15
3.4接头显微组织 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1绪论
1.1引言
3003铝合金和6063铝合金在力学性能和焊接工艺性能上具有较大差异性。3003铝合金为AlMn系合金，强度只比纯铝稍高（较低），塑性好，常用作形状要求较高的低载荷零件，耐腐蚀，是常用的一种防锈铝，焊接性能优良[1]。6063铝合金为AlMnSi系锻铝型合金，具有耐蚀性好，以及易于冷加工成型等特点。由于6063铝合金中存在三种元素，表面氧化膜成分复杂 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
，对钎焊条件要求过高，钎焊的难度很大。要完成性能差异如此大的两种铝合金的焊接[2]。首先，要选择低于两种母材液相线温度一定范围的钎料，防止加热时母材融化，且能形成力学性能良好的接头组织。其次，要选择合适的钎剂，去除氧化膜效果优良，钎剂融化温度一般选低于钎料30~50℃，防止钎焊过程中钎剂过早失效[3]。最后，要选择最佳的加热温度和加热时间进行钎焊，钎焊结束后进行接头组织性能各项分析。虽然只进行了95Zn5Al焊丝单项钎焊实验，但对铝合金钎料选择具有重要意义。
1.2研究背景
铝合金因为轻质、耐蚀、导热、导电性优良等特点，广泛用于各行各业，且用量十分庞大。铝合金的用法也有很多种，比如用于航空航天、高速铁路、机箱、建筑、电器、汽车和船舶等行业，但其实铝的使用并不如想象的那么容易。纯铝导热性好，但机械性能十分的差，质软不耐磨，冷加工性能也差。所以人们寻求为了寻求铝的最佳使用方法研究出了各种各样的铝合金[4]。
铝合金有着让人惊艳的机械性能也有着让人头疼的焊接性能，由于其特有的物理、化学性能其焊接过程中会遇到种种问题，如氧化、裂纹和气孔等。因此对铝合金焊接方法的要求非常严格。铝合金钎焊是铝合金焊接的最主要也是最核心的焊接方法。随着新材料和新工艺的不断产生，铝合金钎焊方法也在蓬勃发展，其钎焊方法、钎料、及钎剂都在不断推陈出新[5]。下面就从这三个方面加以介绍。
1.2.1钎焊方法
铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、炉中钎焊和盐浴钎焊等方法。
(1)火焰钎焊,设备其实很简单，一把火焰喷枪，加上燃气、氧气瓶就能进行。燃气来源广、焊接灵活、应用广泛[6]。这种焊接方法主要用于小型单件不重复生产作业，而且有多种火焰可以使用，据报道，我国曾与其他国家合作生产了一宗夏普气，这种气体火焰柔和,温度度介于液化气与氧乙炔之间,是一种较好的铝钎焊加热热源。但与其它钎焊方法相比,火焰钎焊加热温度主要靠作业人员感官控制，难以掌握,而且对操作者的经验要求较高。
（2）盐浴钎焊是浸渍钎焊的一种，浸渍钎焊也叫液体介质中钎焊，是将工件部分或整体浸入覆盖有钎剂的钎料浴槽或只有熔盐的盐浴槽中加热焊接。这种方法加热均匀、迅速、温度控制较为准确、焊件不易变形、去膜充分，适合于大批量生产和大型构件的焊接，尤其适用于密集结构钎缝的焊接[7]。盐浴槽中的盐多由钎剂组成。焊后工件上常残存大量的钎剂，清洗工作量大。铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层,钎料包覆层是AlSi共晶成分或AlSi亚共晶成分。目前钎焊生产大多使用钎料包覆层,既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量[8]。其不足之处:首先,由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行,对于结构复杂的工件,进盐和出盐都比较困难,这样就给结构设计和工艺带来限制,使其复杂化,而且不容易保证焊接质量。其次,由于特定的使用环境和使用寿命要求,有些产品对耐蚀性要求比较高而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂,这样就需要很长的清洗时间。另外,盐浴钎焊设备投资大,工艺复杂,生产周期长。
（3）空气炉中钎焊，其设备投资小,钎焊工艺简单,操作方便。但是这种方法加热慢,在空气中加热时工件表面容易氧化,尤其在温度高时更为显著,不利于钎剂的去膜,而且在加热过程中,钎剂会因空气中的水分而失效[9]。针对这种情况,现在发展了干燥空气炉中钎焊。
(4)真空钎焊：铝比较活泼,容易在表面形成一层致密的氧化膜。钎焊时,单纯依靠真空条件难以去除氧化物,必须同时借助于某些金属活化剂,如Mg、Bi等。一般认为活化剂的去膜机理:一方面,活化剂与真空中残留的O2和H2O反应,消除了它们对铝钎焊时的有害作用;另一方面,Mg蒸气渗入膜下表材层与扩散的Si一起形成低熔点的AlSiMg合金,钎焊时,该合金熔化从而破坏了氧化膜与母材的结合,使熔化的钎料得以润湿母材,在膜下母材上铺展,并将表面膜浮起而去除。铝合金真空钎焊时,应根据生产率、成本、焊件尺寸以及结构选择真空炉。在钎焊前需要仔细的清洗焊件。可以用酸或碱洗去表面的氧化物。如果表面有油污,可以用酒精擦拭。对钎料的处理,一般先用砂纸打磨以去除表面氧化膜,再用酒精擦掉油污[10]。对于较大的工件,在焊接前进行预热,以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于铝合金的真空钎焊主要依靠Mg活化剂去膜,对于结构复杂的焊件,为了保证母材受到Mg蒸气的充分作用,国内有一些单位采用局部屏蔽的补充工艺措施,取得了比较好的效果。其中通用的方法是将工件放入不锈钢罩内,在其中放入Mg屑,然后置于真空钎焊炉中进行钎焊,这样可以大大提高钎焊质量。真空钎焊当中最重要也是最难控制的工艺参数是真空度,要得到高质量的接头,很大程度上取决于真空度的大小[11]。根据一些工作人员多年的经验,如果钎焊设备较长时间没有使用过,应该让真空炉运行数小时后再使用。使用时,尤其是批量生产时,两次使用的时间间隔应尽量缩短,这样真空炉的真空度容易较快地达到要求。真空钎焊是一种优良的钎焊方法,但也存在着设备复杂、昂贵,真空系统的维修技术难度大等缺点。我国铝合金真空钎焊的发展已初具水平,今后发展的难点和关键主要放在研制熔点较低且具有较高的力学性能和抗腐蚀性能的低熔点钎料方面。
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