鋁合金釬焊試驗(yàn)

摘要本論文采用爐中釬焊的方法焊接6063鋁合金，釬劑選用QJ201釬劑，釬料使用鋁硅釬料。接頭形式使用階梯形狀接頭，改變梯形接頭局部搭接量，利用金相顯微鏡和維氏硬度儀對(duì)釬焊接頭進(jìn)行組織和性能的分析，研究鋁合金階梯釬焊工藝。研究結(jié)果表明：在釬焊溫度為600℃下，保溫時(shí)長(zhǎng)為5分鐘時(shí)，得到的釬焊焊縫成形質(zhì)量好。階梯型接頭局部搭接量為6mm時(shí)，得到的釬焊焊縫焊縫成形質(zhì)量好，焊縫硬度也最高，為66.15HV0.025。即，在6063鋁合金梯形接頭中，局部搭接量越小，可以使梯形接頭的母材及其焊縫的硬度越大。關(guān)鍵詞：6063鋁合金；QJ201釬劑；鋁硅釬料；爐中釬焊；金相試驗(yàn)；維氏硬度；Abstract6063aluminumalloymaterialsarewidelyusedintheconstructionofaluminumdoors,windowsandcurtainframes,Asanaluminumalloy,ithastheadvantagesoflightweight,corrosionresistanceandhighstrength.Asasegmentofaluminum,ithasgoodheatresistanceandforgingperformance,soithasahugemarketprospectinmanyaspects.Aluminumalloybrazinghastheadvantagesofsmalltrace,lowcost,strongstrengthandotherweldingmethods.Inthispaper,6063aluminumalloyisweldedbymeansofbrazinginfurnace,qj201isselectedasflux,andaluminumsiliconisusedasflux.Stepshapedlocallapjointisusedasthejointform,andtheamountoflocallapjointischanged.Aftermanytests.Threegroupsofweldjointswithdifferentlapjointamountareobtainedunderfixedandappropriatetemperatureandholdingtime.ThemetallographictestandVickershardnessmeasurementwerecarriedoutforthreegroupsofweldswithdifferentlapamount,andthechangeruleofmicrostructureandpropertiesofthesteppedlapjointwasanalyzed.Throughthefinalcomparativetestdata,themicrostructureandpropertiesofthreegroupsofspecimenscanbeobtained,soastodeterminethestepbrazingprocessofaluminumalloy.Theconclusionofbrazingprocesstest:whenthebrazingtemperatureis600℃andtheholdingtimeis5minutes,theappearanceoftheweldingseamiscompleteandthequalityisgood.Metallographicobservationconclusion:Accordingtotheconclusionofhardnesstestdata,thehardnessofbasemetalisgreaterthanthatofweld.Theaveragevalueofbasemetalhardnessof6mmjointis97.9hv0.025,andtheaveragevalueofweldhardnessof6mmjointis66.15hv0.025;Theaveragehardnessofbasemetalof8mmjointis65.07hv0.025>thatof8mmjointis44.13hv0.025;Theaveragehardnessofbasemetalof10mmjointis84.8hv0.025,andtheaveragehardnessofweldjointof10mmjointis57.2hv0.025;Keywords:6063aluminumalloy；QJ201Brazingflux；Al-Sisolder；Brazinginfurnace；Metallographictest；Hardnessmeasurement；目錄TOC\o"1-3"\u摘要 PAGEREF_Toc61828Abstract PAGEREF_Toc318709第1章緒論 PAGEREF_Toc13436111.1選題的目的和意義 PAGEREF_Toc24735111.2鋁合金釬焊研究現(xiàn)狀 PAGEREF_Toc5717111.3本文研究的主要內(nèi)容 PAGEREF_Toc2547812第2章6063鋁合金的概述 PAGEREF_Toc6893142.1鋁合金的分類 PAGEREF_Toc6646142.26063鋁合金的特點(diǎn) PAGEREF_Toc26253142.36063鋁合金的化學(xué)成分 PAGEREF_Toc14179152.46063鋁合金力學(xué)性能 PAGEREF_Toc9725152.5鋁合金釬焊的方法 PAGEREF_Toc2664015本章小結(jié) PAGEREF_Toc938216第3章鋁合金釬焊試驗(yàn) PAGEREF_Toc8485173.1釬焊工藝 PAGEREF_Toc9423173.1.1釬劑 PAGEREF_Toc16013173.1.2釬料 PAGEREF_Toc4749173.1.3試驗(yàn)設(shè)備 PAGEREF_Toc17556173.1.4工藝參數(shù)的選擇及確定 PAGEREF_Toc12123173.2焊前準(zhǔn)備 PAGEREF_Toc2972183.2.1去除6063鋁合金表面氧化物流程 PAGEREF_Toc905183.2.26063鋁合金接頭形式 PAGEREF_Toc3688183.36063鋁合金釬焊流程 PAGEREF_Toc302018本章小結(jié) PAGEREF_Toc608919第4章硬度與金相試驗(yàn) PAGEREF_Toc3266204.1金相、硬度試驗(yàn)前的準(zhǔn)備 PAGEREF_Toc12984204.2金相顯微試驗(yàn) PAGEREF_Toc806204.2.1金相顯微試驗(yàn)的過(guò)程 PAGEREF_Toc6167204.2.2金相顯微組織說(shuō)明 PAGEREF_Toc7939224.3硬度測(cè)量試驗(yàn) PAGEREF_Toc2859723本章小結(jié) PAGEREF_Toc2692424結(jié)論 PAGEREF_Toc980725致謝 PAGEREF_Toc2809525參考文獻(xiàn) PAGEREF_Toc2677627附錄1 PAGEREF_Toc2342528附錄2 PAGEREF_Toc501529第1章緒論1.1選題的目的和意義對(duì)于釬焊接頭的基本要求之一是能夠承受與連接部件相等的外部力。釬焊接頭的承載能力與許多因素相關(guān)，尤其是接頭形式，對(duì)釬焊接頭的承載能力起著重要的作用。釬焊中，大多數(shù)釬料的強(qiáng)度低于母材，所以接頭的強(qiáng)度也都低于母材。這樣，使用對(duì)接方式的接頭往往不能保證與焊件有相等的承載能力。通常使用的T型接頭、角接接頭也難以滿足相同承載能力的需要。所以，為了提高釬焊接頭的承載能力，設(shè)計(jì)接頭時(shí)盡量讓釬焊接頭局部的搭接化。本次試驗(yàn)使用階梯式釬焊接頭的型式，改變局部搭接處的搭接量進(jìn)行爐中釬焊，以此研究鋁合金階梯釬焊工藝。1.2鋁合金釬焊的概述1.2.1鋁合金釬焊的方法為了實(shí)現(xiàn)飛行速度提高、重量比、有效載荷減少和節(jié)能的目的，飛行器或運(yùn)輸工具，如火箭、飛機(jī)、衛(wèi)星、高速火車等，對(duì)結(jié)構(gòu)輕度的量化提出更高的要求。從設(shè)計(jì)上講實(shí)現(xiàn)輕量化結(jié)構(gòu)的方法有兩個(gè)，一是基于高強(qiáng)度材料的使用，如鋁鋰合金、鋁基復(fù)合材料和高強(qiáng)度鋁銅合金；二是從力學(xué)的角度上出發(fā)，依靠力學(xué)設(shè)計(jì)輕量化的結(jié)構(gòu)，如尺寸大小，來(lái)達(dá)到減重結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。其中6063鋁合金有著強(qiáng)度中等和焊接性能較強(qiáng)的釬焊性能，并且導(dǎo)熱導(dǎo)電、表面加工處理和耐蝕性良好，所以在雷達(dá)發(fā)射、信號(hào)處理接收機(jī)箱中廣泛應(yīng)用。鋁合金的焊接問(wèn)題，通常采用電弧焊、釬焊、攪拌摩擦焊、高能束流焊及擴(kuò)散焊等方法。鋁根據(jù)兩種類型的釬焊溫度進(jìn)行釬焊，釬焊溫度超過(guò)450℃，為硬釬焊，低于450℃稱軟釬焊。鋁合金硬釬焊是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的釬焊方法。本文主要研究鋁合金硬釬焊，包括釬料和釬料。按照有無(wú)釬劑可以分為釬劑釬焊與無(wú)釬劑釬焊。釬劑釬焊：有釬劑釬焊的原理是使用焊劑去除表面氧化膜。無(wú)釬劑釬焊：無(wú)釬劑釬焊的原理是用揮發(fā)釬料中的成分與表面氧化膜在加熱升溫時(shí)發(fā)生反應(yīng)，破壞或者還原氧化膜，又或者是從表面膜滲入利用釬料的流動(dòng)推開(kāi)氧化膜。常見(jiàn)的釬焊方法有：熱傳導(dǎo)型釬焊：氣氛釬焊、真空釬焊、火焰釬焊、浸漬釬焊。熱輻射型釬焊：激光釬焊。電能型釬焊：等離子弧釬焊、電子束釬焊、電阻釬焊、感應(yīng)釬焊。聲能型釬焊：聲能釬焊。摩擦熱釬焊：摩擦攪拌釬焊。1.2.2鋁合金釬料的研究現(xiàn)狀鋁合金焊料必須符合下列要求：首先，它必須有潤(rùn)濕性，和熱穩(wěn)定性；其次，它能與基體金屬原子擴(kuò)散，形成相對(duì)牢固的焊接接頭；之后，它應(yīng)該有一個(gè)適當(dāng)?shù)娜埸c(diǎn)，至少低于母材的熔點(diǎn)15℃左右；同時(shí)，焊料成分和結(jié)構(gòu)均勻，力學(xué)性能良好，接頭性能達(dá)到要求。目前，工業(yè)應(yīng)用成熟主要是基于鋁

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硅合金的合金釬焊材料，根據(jù)不同類型的基底材料的焊接頭性能的要求，并釬焊的釬焊方法的特征是，加銅，鎂，鋅，鎳的，鍺，稀土元素，以滿足工藝和聯(lián)合設(shè)計(jì)的要求，形成了不同性能的焊料。焊料通常被轉(zhuǎn)化為棒材、紗線、片材和片材。還有用于散熱器焊接的涂層釬料板。近年來(lái)，非晶箔、粉末釬料、復(fù)合夾芯釬料和復(fù)合釬料箔的應(yīng)用越來(lái)越多。在常規(guī)鋁焊料中，鋁硅釬料具有最佳的整合性能，但熔點(diǎn)較高，為577℃，一種固溶溫度相似的鋁合金接頭。例如：6061鋁合金582℃，6063鋁合金615℃，7005鋁合金604℃。近年來(lái)根據(jù)Al-Si焊料研制低點(diǎn)Al-Si焊料，降低了焊料溫度，避免了焊料溫度在基材中造成過(guò)熱的缺陷，這已成為研究Al-Si焊料的最重要方向之一。Al-Si族鋁合金焊料主要以Al-Si合金為基礎(chǔ)，還包括晶體金屬、晶體晶體和Al-Si合金，其加成元件不超過(guò)5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。密封的顏色、涂層和耐腐蝕性是鋁焊料整合的最佳性能，通常在國(guó)內(nèi)外使用。通常，Al-Si系列包括4343、4043、4047等。鋁合金基礎(chǔ)材料，即1060、1100、3003鋁合金基礎(chǔ)材料和4043和4047釬料，適用于3004、6063和6082鋁合金基礎(chǔ)材料。虞覺(jué)奇等人提高了Al-Si釬焊的性能通過(guò)研究快速凝固技術(shù)，表明了，該非晶態(tài)釬焊的液相線比同一組分熔融釬焊的液相線約低3-5℃，并且具有更大的潤(rùn)濕性和密封強(qiáng)度。Al-Si合金的通用晶體溫度為577℃，因此Al-Si熔點(diǎn)和釬焊溫度較高，從而限制了其使用。結(jié)果表明，Al-Si焊料組織中卷曲片狀Si的力學(xué)性能不好，但添加La、CE等稀土改性劑可促進(jìn)Si的枝晶和球形分布，從而大大提高焊料和焊點(diǎn)的韌性和彎曲性能，獲得更好的力學(xué)性能。北京699廠利用鍶鑭稀土變質(zhì)劑開(kāi)發(fā)的GWHL-81牌號(hào)Al-Si釬料在國(guó)內(nèi)雷達(dá)天饋線釬焊生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，如何優(yōu)化配置Al、Si、Cu、Ni及稀土元素的含量，從而達(dá)到降低釬料熔點(diǎn)，滿足接頭強(qiáng)度和耐蝕性能的要求，提高釬料的工藝性能，將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，研究低熔點(diǎn)釬料的一個(gè)重點(diǎn)方向。1.2.3鋁合金釬劑的研究現(xiàn)狀鋁釬焊作為重要的鋁合金連接方法之一，和熔化焊接相比，具有工件變形小、尺寸精度高等優(yōu)點(diǎn)，因此在航空航天、汽車、高速列車、船舶工程等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。鋁及鋁合金釬焊技術(shù)近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，新釬料、新釬劑以及新的釬焊工藝方法、釬焊設(shè)備不斷出現(xiàn)除了真空釬焊外，其它鋁釬焊方法都離不開(kāi)釬劑。釬劑在釬焊過(guò)程中起到去膜劑、潤(rùn)濕劑和覆蓋劑的作用，可以說(shuō)鋁釬劑是鋁釬焊工藝中最重要的要素之一，鋁釬焊技術(shù)的發(fā)展與鋁釬劑的發(fā)展緊密相連。1.3本文研究的主要內(nèi)容本試驗(yàn)研究采用高溫釬焊工藝和鋁硅釬料，釬料固相線為570℃，所以焊接溫度在580-610℃。本實(shí)驗(yàn)選擇電阻爐中釬焊技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容包括：根據(jù)溫度和保溫時(shí)間選出合適的工藝參數(shù)。進(jìn)行爐中釬焊6063鋁合金的工藝試驗(yàn)，選出搭接量為6mm、8mm、10mm、的階梯釬焊接頭。用金相顯微鏡觀察焊接接頭的微觀組織變化規(guī)律，用維氏硬度儀測(cè)出釬焊接頭的硬度。分析階梯釬焊接頭中不同搭接量對(duì)焊縫組織和性能的影響及變化規(guī)律。第2章6063鋁合金的概述2.1鋁合金的分類根據(jù)鋁合金含有的元素不同和其加工工藝性能不同，可將鋁合金分類，以及性能特點(diǎn)如表1所示。分類合金名稱合金系性能特點(diǎn)示例鑄造鋁合金簡(jiǎn)單鋁-硅合金Al-Si鑄造性能好，不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL102特殊鋁-硅合金Al-Si-Mg鑄造性能好，可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低ZL101Al-Si-CuZL107Al-Si-Mg-CuZL105ZL110Al-Si-Mg-Cu-NiZL109鋁-銅合金Al-Cu耐熱性好，鑄造性能與抗蝕性能差ZL201鋁-鎂合金Al-Mg力學(xué)性能高，抗蝕性好ZL301鋁-鋅合金Al-Zn能自動(dòng)淬火，宜于壓鑄ZL401鋁-稀土合金Al-Re耐熱性能好變形鋁合金不能熱處理強(qiáng)化鋁合金防銹鋁Al-Mn抗蝕性、壓力加工性與焊接性能好，但強(qiáng)度較好3A21Al-Mg5A05可熱處理強(qiáng)化鋁合金硬鋁Al-Cu-Mg力學(xué)性能高2A112A12超硬鋁Al-Cu-Mg-Zn室溫強(qiáng)度最高7A047A09鍛鋁Al-Mg-Si鍛造性能好耐熱性能好6063Al-Mg-Si-Cu2A14表表1.鋁合金的分類和性能2.26063鋁合金的焊接性鋁合金是一種優(yōu)良的建筑材料，它有重量輕、耐蝕性、強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)。所以，鋁合金常被用于汽車、高鐵、航天、軍事等行業(yè)。其獨(dú)特的理化性能，在焊接過(guò)程中會(huì)遇到一系列的問(wèn)題，如氧化、氣孔和熱烈紋。鋁合金表面有一層致密的氧化膜。焊接材料的熔點(diǎn)與基體相差不大，鋁合金的顏色在加熱時(shí)不發(fā)生變化。因此，鋁釬焊比其他金屬要困難得多。為了保證釬焊質(zhì)量，需要改進(jìn)操作工藝和技能。6063鋁合金：低合金高塑性擠壓合金（合金系A(chǔ)l-Mg-Si），這是一種非常有用的鋁合金鍛材，包含以下幾個(gè)特點(diǎn)：6063鋁合金是有非常高熱塑性的，作為Al-Mg-Si系列的代表，可以高速擠出以形成復(fù)合結(jié)構(gòu)、薄壁和空心型材，并且可以鍛造以形成各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鍛造。想要6063鋁合金具有平均強(qiáng)度、高沖擊強(qiáng)度和低開(kāi)口敏感性，需要一定的熱處理。6063鋁合金易于機(jī)床車床的加工，具有良好的加工性能、焊接性能和耐腐蝕性。6063鋁合金表面光潔度好，擁有較好的涂層性能好，很容易氧化。2.36063鋁合金的化學(xué)成分鋁合金中被加入的主要元素如表，根據(jù)與不同元素的組合，改變其鍛造，熱處理等加工性能。其中Si和Mg是主要強(qiáng)化6063鋁合金的元素，形成Mg2Si的強(qiáng)化相。6063鋁合金中主要相是α（Al）、Mg2Si，其他雜質(zhì)相是α-AlFeSi、FeAl3等。6063鋁合金中Mg2Si含量為1.2%左右，若Si過(guò)多，合金的抗蝕性能降低。6063鋁合金的化學(xué)成分及含量如表2所示合金元素SiFeMnCuMgCrZn其他Al單個(gè)整體含量0.20～0.55≤0.30≤0.10≤0.100.50～0.85≤0.10≤0.10≤0.10≤0.10剩余量表2.表2.6063鋁合金化學(xué)成分6063鋁合金中的元素組成6063鋁合金中元素的作用銅元素銅是鋁合金中最重要的合金元素，具有一定的固溶強(qiáng)化作用。銅在鋁中的最大溶解度在548℃時(shí)為5.65%，在302℃時(shí)為0.45%。此外，時(shí)效析出的CuAl2相在Al-Cu合金中具有明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果。當(dāng)銅含量為4%～6.8%時(shí)，強(qiáng)化效果最好，因此大多數(shù)硬鋁合金的銅含量都在這個(gè)范圍內(nèi)。鋁銅合金中可含有少量硅、錳、鎂、鐵、鋅等元素。硅元素雖然硅在合金中的溶解度隨溫度降低而減少，但Al-Si合金一般是不能熱處理強(qiáng)化的。若將鎂和硅同時(shí)加入鋁中就形成Al-Mg-Si系合金，其強(qiáng)化相為Mg2Si，Mg和Si的質(zhì)量比為1.73:1。Al-Mg-Si系合金成分設(shè)計(jì)時(shí)，基本上按此比例配制鎂和硅的含量加入適量的銅可以提高合金的強(qiáng)度，同時(shí)加入適量的鉻可以抵消銅對(duì)耐蝕性的不利影響。鋁硅合金具有優(yōu)良的鑄造性能和耐腐蝕性能，一般用作鑄造鋁合金。鎂元素Al-Mg合金不可熱處理強(qiáng)化，但具有中等強(qiáng)度和良好的可焊接性、機(jī)加工性能和抗蝕性能，因此成為常用的鋁合金焊接結(jié)構(gòu)材料，如5A02、5A03、5A05等牌號(hào)。對(duì)鋁合金強(qiáng)度的提高起到非常顯著的作用，文獻(xiàn)指出：在Al-Mg合金中每增加1%的鎂，合金的抗拉強(qiáng)度大約升高34MPa。同時(shí)，鎂還可以與合金中硅、鋅、錳等其它元素共同作用，提高合金的性能。但Mg的含量也不能過(guò)高，當(dāng)合金中Mg含量大于3.5%時(shí)，鎂在鋁中形成第二相β(Mg2A13，Mg5A18)，可能沿晶界、亞晶界析出，降低合金的塑性，所以在需要較高塑性的變形鋁合金中Mg的含量一般小于6%。錳元素錳是鋁最重要的合金元素之一。Al-Mn合金是非時(shí)效硬化合金，即不可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能通過(guò)冷作硬化。它可以單獨(dú)添加到鋁中形成Al-Mn二元合金，并且更經(jīng)常地與其他合金元素一起添加。因此，大多數(shù)鋁合金都含有錳。MnAl6化合物分散的Mn顆粒阻礙了再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)，使再結(jié)晶晶粒明顯細(xì)化。同時(shí)，防止了鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程，提高了再結(jié)晶溫度。MnAl6在Al-Mn合金中的另一個(gè)作用是溶解雜質(zhì)Fe，形成（Fe，Mn）Al6，從而降低Fe的有害作用。鋅元素在變形條件下，鋅對(duì)Al-Zn合金強(qiáng)度的影響非常有限，且存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的趨勢(shì)，限制了Al-Zn合金的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)指出，在鋁中同時(shí)加入鋅和鎂，可形成強(qiáng)化相MgZn2，對(duì)合金有明顯的強(qiáng)化作用。當(dāng)MgZn2含量從0.5%提高到12%時(shí)，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都有顯著提高。通過(guò)調(diào)整鋅鎂比，可以提高合金的抗拉強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。Al-Zn-Mg-Cu系超硬鋁合金是在Al-Zn-Mg的基礎(chǔ)上添加Cu元素而形成的。在所有鋁合金中，其強(qiáng)化效果最大。AA7075等超硬鋁合金是航空航天和電力工業(yè)中重要的鋁合金結(jié)構(gòu)材料。微量元素和雜質(zhì)鈦是鋁合金中常見(jiàn)的添加元素。鈦和鋁形成Ti-Al3相，可細(xì)化鑄造組織和焊接組織鋁中的鉻形態(tài)（CrMn）Al12和（CR-FE）Al7金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和生長(zhǎng)，它還可以提高合金的應(yīng)力腐蝕敏感性和韌性；鋯也是鋁鋯和鋁作為合金的常用添加劑，形成Zr-Al3化合物，阻礙再結(jié)晶過(guò)程，細(xì)化再結(jié)晶過(guò)程。在鋁合金中加入稀土元素，可以提高合金成分的過(guò)冷度，減小二次枝晶間距，細(xì)化鋁合金的熔鑄過(guò)程晶?；?，減少合金中的氣體和夾雜物，使雜質(zhì)相趨于球化；鍶是晶體學(xué)中的一種表面活性元素上鍶可以改變金屬間化合物的行為，因此鍶的改性可以改善合金的塑性加工表演。在鋁合金擠壓過(guò)程中加入鍶，可以提高鋁合金的力學(xué)性能和塑性。高硅變形鋁合金鍶的加入顯著改善了金的力學(xué)性能。硅和鐵是鋁合金中最常見(jiàn)的雜質(zhì)元素，對(duì)合金性能有明顯的影響。當(dāng)鋁合金中鐵含量大于硅含量時(shí)，形成α-Fe2SiAl8（或Fe3SiAl12），而硅含量大于鐵含量時(shí)，形成β-FeSiAl5（或Fe2Si2Al9）相。當(dāng)鐵和硅比例不當(dāng)時(shí)，會(huì)引起鑄件產(chǎn)生裂紋；在鋁合金中有時(shí)還存在釩、鈣、鉛、錫、鉍、銻、鈹及鈉等雜質(zhì)元素。這些雜質(zhì)元素由于熔點(diǎn)高低不一，結(jié)構(gòu)不同，與鋁形成的化合物亦不相同，因此對(duì)鋁合金性能的影響各不一樣表3.6063鋁合金中元素的作用表3.6063鋁合金中元素的作用2.46063鋁合金物理性能屈服強(qiáng)度σ0.2/MPa抗拉強(qiáng)度σ/MPa伸長(zhǎng)率δ/%表4.6063表4.6063鋁合金力學(xué)性能≥205≥9本章小結(jié)本章主要闡述了作為鍛鋁的6063鋁合金的特點(diǎn)、6063鋁合金的化學(xué)成分、6063鋁合金力學(xué)性能和鋁合金釬焊的方法。為后續(xù)釬焊6063鋁合金提供了簡(jiǎn)單的理論基礎(chǔ)。第3章鋁合金釬焊試驗(yàn)3.1焊前準(zhǔn)備3.1.1去除6063鋁合金表面氧化物流程為了不影響后續(xù)釬焊工藝試驗(yàn)，在釬焊試驗(yàn)之前使用化學(xué)方法對(duì)6063鋁合金及Al-Si釬料進(jìn)行去膜和清洗，工作流程如下：用脫脂棉在丙酮中沾濕，擦拭幾回試件表面去除油污；10%NaOH溶液浸泡30s前后，要求溶液溫度在50～80℃之間；用清水或者蒸餾水進(jìn)行沖洗；在濃度為30%的稀硝酸溶液中中和10s左右；用清水或者蒸餾水進(jìn)行沖洗；用吹風(fēng)機(jī)把焊件吹干；3.1.26063鋁合金接頭形式及夾具接頭形式如圖所示。圖1.鋁合金階梯型局部搭接接頭圖1.鋁合金階梯型局部搭接接頭夾具的設(shè)計(jì)如圖3所示圖2.夾具圖2.夾具設(shè)計(jì)夾具的目的：固定試件；方便放入和取出釬焊爐；釬焊時(shí)使試件保持在同一水平面內(nèi)。3.2釬焊工藝3.2.1釬劑的準(zhǔn)備試驗(yàn)采用QJ201鋁釬焊熔劑，此釬劑適用于450～620℃范圍內(nèi)配合鋁基釬料使用，釬焊鋁及鋁合金，能強(qiáng)有力的去除鋁及鋁合金表面的氧化物，并使釬料的更有流動(dòng)性。3.2.2釬料的準(zhǔn)備釬焊工藝試驗(yàn)采用Al-Si共晶釬料，與QJ201鋁用釬焊釬劑相匹配。實(shí)驗(yàn)中用的細(xì)棍狀釬料，切割并擠壓成片狀的，放在需要釬焊的部位。鋁硅基釬料是Al-Si共晶合金，也包含亞共晶和過(guò)共晶，共晶溫度為577℃，使得鋁硅系釬料得熔點(diǎn)變高，所以釬焊溫度較高，限制了其使用。3.2.3試驗(yàn)設(shè)備圖3.坩堝式釬焊爐圖3.坩堝式釬焊爐坩堝式釬焊爐：利用電阻熱來(lái)加熱焊件。坩堝式電阻爐產(chǎn)品型號(hào)SC-3-10額定電壓220V額定溫度1000℃額定功率3KW爐膛尺寸150×200mm頻率50HZ表5.坩堝式電阻爐的各項(xiàng)數(shù)據(jù)表5.坩堝式電阻爐的各項(xiàng)數(shù)據(jù)操作方法：把填滿釬劑和釬料的試件放入井式釬焊爐內(nèi)，加熱到釬焊溫度。讓釬劑去除釬焊表面的氧化膜，使釬料流入釬縫，冷卻凝固成釬焊接頭。優(yōu)點(diǎn)：受熱均勻；釬焊后變形??；簡(jiǎn)單的釬焊裝置；成本較低；雖然加熱速度慢，但是可以同時(shí)釬焊多個(gè)試件，生產(chǎn)率較高；缺點(diǎn)：加熱速度慢，且為整體加熱，會(huì)使釬焊過(guò)程中的釬件嚴(yán)重氧化。3.2.4工藝參數(shù)釬焊的主要工藝參數(shù)是釬焊溫度和保溫時(shí)間，保溫時(shí)間和釬焊溫度將直接影響焊料進(jìn)入焊縫的擴(kuò)散，影響焊料與母材相互作用的過(guò)程。所以，釬焊溫度和保溫時(shí)間對(duì)梯形釬焊接頭的質(zhì)量和性能起到?jīng)Q定性的作用。釬焊溫度的確定主要取決于焊料的熔點(diǎn)，釬焊溫度一般選比釬料液相線溫度高25～50℃。試驗(yàn)采用鋁硅基釬料，它的熔點(diǎn)為577℃，因?yàn)?063鋁合金固相液線為615℃，所以釬焊溫度在590～610℃，保溫時(shí)間選擇5-10分鐘。3.36063鋁合金釬焊流程焊件表面處理→涂抹釬劑、添加釬料→焊件裝配→升溫釬焊爐→裝配入爐中→爐中釬焊→焊件自然冷卻至室溫→用溫水沖洗冷卻后焊件表面的焊渣圖4.釬焊6mm梯形試件圖4.釬焊6mm梯形試件圖5.釬焊8mm梯形試件圖5.釬焊8mm梯形試件圖6.釬焊10mm梯形試件圖6.釬焊10mm梯形試件待焊試件在焊前經(jīng)過(guò)化學(xué)方法去膜后清洗，然后干燥，裝配并預(yù)浸漬焊料和釬焊劑。將待焊件放在釬焊爐中并關(guān)閉爐門。升溫加熱釬焊爐，在爐子加熱到釬焊溫度時(shí)，放入待焊試件于爐中。待試件達(dá)到焊接溫度后，再保溫5min，最好隨爐子冷卻到450℃以下后，取出待焊件空冷至室溫。試驗(yàn)結(jié)論：準(zhǔn)備了15組階梯形接頭的試件來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，總結(jié)出在釬焊溫度為600℃下，保溫時(shí)長(zhǎng)為5分鐘時(shí)，得到的釬焊焊縫外觀完整，質(zhì)量較好。在焊接的12組中，取出其中3組搭接量不同的階梯形接頭的試件，來(lái)進(jìn)行之后的金相顯微組織的觀察和硬度的測(cè)量，來(lái)進(jìn)一步得出不搭接量對(duì)6063鋁合金的組織和性能的影響。本章小結(jié)本章主要介紹釬焊試驗(yàn)的焊前準(zhǔn)備：去除6063鋁合金表面氧化物流程、6063鋁合金接頭形式及夾具。釬焊工藝：釬劑、釬料、試驗(yàn)設(shè)備及釬焊工藝參數(shù)的確定；最后還有6063鋁合金釬焊流程，并獲得3組搭接量不同的階梯形接頭試件，進(jìn)行后續(xù)的金相試驗(yàn)和維氏硬度的測(cè)量。第4章硬度與金相試驗(yàn)4.1金相、硬度試驗(yàn)前的準(zhǔn)備試驗(yàn)設(shè)備：如圖7.圖8.圖9.所示圖7.拋光機(jī)圖7.拋光機(jī)圖9.維氏硬度儀（HVS-1000圖9.維氏硬度儀（HVS-1000）型）圖8.金相顯微鏡試驗(yàn)溶液：金剛石拋光劑、腐蝕溶液（0.5％的氫氟酸溶液）、酒精、蒸餾水。試驗(yàn)用品：天平、電吹風(fēng)、脫脂棉等。4.2金相顯微試驗(yàn)4.2.1金相顯微試驗(yàn)的過(guò)程試件的截?。簩?組搭接量不同的階梯形接頭試件進(jìn)行截取，截取的部分應(yīng)該包括焊縫、熱影響區(qū)和母材，截取時(shí)不可以使用砂輪進(jìn)行打磨，防止截取后的試件變形、受熱、接頭產(chǎn)生缺陷、失真的狀況，為了保證金相分析準(zhǔn)確的條件。試件的鑲嵌：使用冷鑲嵌的方法（將試件和冷鑲嵌料放在模具內(nèi)，帶到固化后取出），將試件固定，目的時(shí)為了試件打磨的平整，處在同一水平面內(nèi)。鑲嵌時(shí)，試件底部粘一層雙面膠，使試件底面更平整的固定在模具底部。試件的打磨和拋光：把試件輪流使用No：150、No：300的砂紙將試件表面打磨，使試件表面處以同一水平面，再使用No：500、No：800、No：1000、No：1200、No：2000、No：3000的砂紙依次使用，讓試件表面盡可能光亮，出現(xiàn)鏡面。最后使用拋光機(jī)進(jìn)行拋光。配置腐蝕溶液：腐蝕溶液使用0.5％的氫氟酸溶液（5ml的氫氟酸含量≥40％氫氟酸溶液+395ml的蒸餾水），本次試驗(yàn)用的氫氟酸為氫氟酸水溶液。配置腐蝕溶液時(shí)應(yīng)該將酸入水，防止發(fā)生危險(xiǎn)。試件腐蝕的過(guò)程：清水沖洗試件→酒精擦洗表面→腐蝕液潤(rùn)濕脫脂棉擦拭試件30s→蒸餾水沖洗試件表面→吹風(fēng)機(jī)吹干試件表面。（被腐蝕液潤(rùn)濕的脫脂棉應(yīng)輕輕擦拭試件，切勿長(zhǎng)時(shí)間停留在同一處，切勿大力擦拭）把腐蝕后的試件放在金相顯微鏡（型號(hào)LEICADMI3000M）上，觀察試件顯微組織（如圖所示）。6mm釬焊接頭母材6mm釬焊接頭母材圖10.50倍金相顯微下母材的組織圖10.50倍金相顯微下母材的組織（c）6mm釬焊焊縫右（b）（c）6mm釬焊焊縫右（b）6mm釬焊焊縫中（a）6mm釬焊焊縫左（e）8mm釬焊焊縫中（d）8mm釬焊焊縫左（e）8mm釬焊焊縫中（d）8mm釬焊焊縫左（f）8mm釬焊焊縫右（h）10mm釬焊焊縫中（l）10mm釬焊焊縫右（h）10mm釬焊焊縫中（l）10mm釬焊焊縫右（g）10mm釬焊焊縫左圖11.50倍金相焊縫顯微組織圖11.50倍金相焊縫顯微組織圖12.焊縫顯微組織圖12.焊縫顯微組織4.2.2金相顯微組織說(shuō)明如圖12所示，A是焊縫組織；B是熱影響區(qū)；C是母材組織；可以看出在α固溶體上分布著Al6Mn和β相（Al8Mg5）和少許雜質(zhì)如Mg2Si，Al3Fe。高熱擠壓變形，熔融化合物被粉碎，一旦擠壓冷卻，在基底上均勻分布為小顆粒，這不容易區(qū)分。6mm梯形釬焊焊縫右側(cè)和10mm梯形釬焊焊縫左側(cè)，有明顯未焊上所形成的空洞。8mm梯形釬焊焊縫質(zhì)量和腐蝕效果比6mm梯形釬焊焊縫和10mm梯形釬焊焊縫更好。4.3硬度測(cè)量試驗(yàn)使用維氏硬度計(jì)先選擇力度，根據(jù)試件種類和焊縫的大小本次試驗(yàn)選擇HV0.025。加壓試件，上下移動(dòng)調(diào)整臺(tái)調(diào)整高度，直到在顯微鏡中看清試件的微觀組織為止。選出要打點(diǎn)的位置，旋轉(zhuǎn)鏡頭，進(jìn)行打點(diǎn)。自動(dòng)卸載力，出現(xiàn)菱形劃痕，旋轉(zhuǎn)鏡頭利用鏡頭中的兩條線對(duì)齊菱形的對(duì)角線。最后輸出數(shù)據(jù)得出試件的硬度。母材硬度焊縫硬度6mm梯形接頭的焊縫硬度第一次測(cè)量58.3HV0.02571.9HV0.0256mm梯形接頭的焊縫硬度第二次測(cè)量117.1HV0.02565.0HV0.0256mm梯形接頭的焊縫硬度第三次測(cè)量118.3HV0.02564.6HV0.0256mm梯形接頭的焊縫硬度第四次測(cè)量未測(cè)量6