铝钎焊接技术在铝壳体中的应用

李文学 李 杰

（航天南湖电子信息技术股份有限公司，湖北 荆州434000）

1 概述

我厂某铝壳体零件（结构示意图参见图1）外形尺寸大，壁薄，数量多，以前采用传统铝板下料铣削加工工艺，机械加工工作量大、加工难度高极易变形，加工完成后还需要进行热处理消除加工应力，工序复杂且生产成本高，废品率较高。壳体长度约1200mm、宽220mm、总高45mm、壁厚为3mm，材料利用率极低仅为13.5%。

图1 壳体结构示意图

因此我们考虑采用焊接方法来代替原始机械加工方法，来达到节约成本，减少加工量和难度。我们对其结构工艺进行分析，在铝板焊接方面一般采用氩弧焊和铝钎焊，如果采用一般的氩弧焊进行拼焊，焊接量较大且焊接变形难以控制，尺寸容易出现超差。经过多次摸索、试验，我们认为氮气炉中保护钎焊较适合本铝壳体的焊接。本铝壳体较大，结构较复杂，焊接接头较多，因此焊接接头的设计、装配控制、钎焊工艺参数等是本铝壳体钎焊的难题。

2 铝钎焊原理

钎焊时把装配好并加上钎料（铝箔）及钎剂的工件放入氮气保护钎焊电炉中，工件被加热到钎焊温度后，钎料流入接头间隙，取出冷却后便将工件焊牢形成钎焊接头。氮气保护炉中钎焊具有较高的温度均匀性，温差不超过5℃。

3 母材的选择

铝及铝合金的钎焊的操作难度大，主要原因在于铝及铝合金的熔点与所选用的硬钎料的熔点相差不大，钎焊时可选择的温度范围很窄，容易出现母材过热甚至熔化。一些热处理强化的铝合金还会因为钎焊加热引起时效或退火等软化现象，导致性能降低。

用于钎焊的铝合金材料为主要有3A21、6A02、6063，具体对比参见表1。考虑到壳体对耐腐蚀性要求高，因此选择3A21 铝合金为主体材料，兼顾钎焊性能与防护性能。

表1 3A21、6A02、6063 铝合金性能对比

4 焊材及接头形式

由于铝壳体结构复杂，装配间隙不好控制，钎料选用间隙不敏感的BAl92Si 亚共晶钎料(具体参见表2)，选择钎焊温度为610℃，控制温度在钎料的固、液相线之间，就可以形成钎缝饱满的接头。与钎料配套的钎剂选用无腐蚀性的氟化物共晶钎剂。

表2 BAl92Si 铝硅钎料化学成分及参考熔化温度范围

根据铝壳体结构特点，我们选用片状钎料箔，通过装配将钎料箔预置在钎焊缝里（示意图参见图2），后续将钎剂涂抹在接缝位置，接头形式为对接焊缝。

图2 钎料箔布置示意图

5 工艺过程

5.1 零件进行装配前清洗

5.1.1 在工业清洁剂中去油污；

5.1.2 冷水洗；

5.1.3 10%NaOH 溶液80-85℃浸洗；

5.1.4 冷水洗；

5.1.5 30%HNO3 溶液常温浸泡去除表面污物；

5.1.6 冷水洗；

5.1.7 热水洗；

5.1.8 烘干。

5.2 装配

零件和钎料预制件在干净工作台上进行装配。为防止零件二次污染，装配时必须戴干净白手套操作。装配时对夹具进行清洗，保持干净，按工艺要求采用专用夹具进行装配(专用夹具参见图3)，保证装配尺寸和精度。装配间隙决定钎焊质量，因此必须严格抓好装配质量，保证所有装配间隙不超过0.1mm。

图3 专用夹具示意图

5.3 点焊

考虑到专用夹具的利用率和成本，我们先利用专用夹具将各零部件、钎剂、钎料完成装配，再用钨极氩弧焊选择性的在关键位置点焊焊牢，然后将整体工件拆下，进行氮气炉中钎焊，夹具不随工件进炉。夹具重新装配点焊其余工件。在保证各定位尺寸及装配间隙的前提下，避免专用夹具因受热发生变形，提高专用夹具的利用率，降低专用夹具的成本。

5.4 钎焊

当炉温稳定在610℃后，将工件放在加热传送带上，底部用不锈钢管垫平，由钎焊炉的最前端喷淋室入口开始钎焊过程，铝壳体在钎焊炉氮气气氛中加热至焊接温度610℃，钎料熔化，填满各钎焊缝，将各零件焊接成一体，然后慢慢冷却出炉。

5.5 焊后处理

当工件出炉后，在钎焊缝周围附着一层白色钎剂遗留粉末，表面有色氧化处理后，白色钎剂和黄色壳体氧化铝表面形成强烈对比，极其影响外观质量。与此同时残留的钎剂对产品存在一定的腐蚀性，后续影响整体结构性能。

待工件自然冷却至环境温度后，我们通过人手铲刮、喷砂清理、酒精清洗等方法对表面钎剂进行清除，以达到军工产品表面质量要求，效果较好。

6 钎焊性能试验

6.1 交变湿热试验

按照雷达军标要求，将铝壳体清洗后进行交变湿热试验，周期为48 小时，钎缝表面保持金属光泽，无腐蚀现象发生，满足铲平的设计性能要求。

6.2 致密性检查

对钎焊铝壳体进行充气试验，将铝壳体充入0.2MPa 大气压时，未出现漏气现象。充气试验表明，采用铝钎焊能满足产品使用要求。

7 成本对比

现将原机械加工成本和钎焊加工成本对比如表3：

表3 成本对比

通过上表可以看出，氮气保护钎焊单件铝壳体制造费用是原始整板机械加工单件铝壳体制造费的34%。

结束语

目前，采用此工艺已生产此组件铝壳体三千多套，使用情况良好，已节约成本超过百万。因此，采用氮气保护炉中钎焊代替原始机械加工方法，是一种成功的工艺，极大的节约成本，提高了工效。