乔平 罗锡 张红娟 王朝

摘要：本文对铝合金机箱真空钎焊后的缺陷进行分析，从铝合金真空钎焊原理机制、钎焊温度、零件表面清洁度、零件装配间隙、真空度等方面进行阐述，论述了真空钎焊缺陷产生的原因，为后续生产加工中提高焊接质量提供了经验依据。

关键词：铝合金;真空钎焊缺陷;铝合金清洗

铝合金具有耐腐蚀性好、焊接性能佳、导热导电性能优良等优点，常常被用于航空航天领域的电子设备机箱。铝合金真空钎焊机箱的焊接接头一次成形，钎焊效率高，焊接后对基材的性能基本不改变。真空钎焊过程加热均匀，机箱变形较小，容易保证组装焊接件的精度。而真空钎焊过程中一旦出现焊接缺陷，往往会降低机箱的产品质量。因此，对真空钎焊中产生的缺陷进行原因分析，对于解决缺陷具有非常重要的作用。

1 机箱真空钎焊缺陷

某型铝合金机箱箱体由前后框、左右侧板、隔板等组装，组装处装夹钎料，由组装螺钉及工装进行紧固。真空钎焊后发现焊接处未钎着，真空钎焊缺陷如图1所示。从图中可以看出机箱焊缝处未发生明显润湿，焊接接头处呈现一段段黑色缝隙，表现为长条形的未钎着。同时发现组装零件表面存在明显的污染，零件表面清洁度不够会影响真空钎焊质量。由此得出造成该机箱未钎着的主要原因为零件清洁度不够。

2 真空钎焊原理机制

真空钎焊是在真空状态下，将真空炉内温度设定到某一区间。在该温度下，母材处于固体状态，钎料处于液体状态。液态的钎料在母材的表面上润湿、毛细流动、填充、铺展，与母材相互作用，最终冷却凝固，实现冶金的连接方法[1]，如图2所示。

铝合金对氧的亲和力很大，焊接时表面形成一层致密的氧化膜，阻碍钎料与母材的结合，这是铝合金焊接时的主要障碍之一。破除铝合金零件表面氧化膜，可以加强钎料与母材的润湿效果，有利于钎焊接头的形成。铝合金表面氧化膜的性质非常稳定，在有氧环境中，即使旧膜被破坏，随时可以生成新膜。在铝合金钎焊时需要破除表面氧化膜，钎焊后需要保护形成的铝合金氧化膜，防止接头被环境氧化腐蚀。

在真空环境下，较高的真空度减少了氧气含量，减少了铝合金加热过程的氧化。同时在真空环境下铝合金表面的氧化物分解;氧化物蒸发;H或CO对氧化物的还原作用;致密氧化膜破裂;C对氧化膜的还原作用;表面的氧化材料内部的扩散。这些过程综合作用于氧化膜的去除，促进钎料对母材的润湿。

真空钎焊的工艺流程如图3所示，通过对零件进行清洗去除零件表面氧化膜，这一步非常重要，如果零件表面未清洗干净，就会产生严重的焊接质量问题。

3 影响铝合金机箱真空钎焊的缺陷分析

在机箱的生产过程中，由于钎焊基材、钎料、工艺方法和加工环境等多因素影响，各方面综合作用，真空钎焊后接头处往往会产生一些如气孔、表面缺陷、溶蚀等钎焊缺陷。钎焊缺陷的存在直接影响着产品的可靠性。真空钎焊的表面缺陷包括表面氧化、表面气孔、表面未钎着、溶蚀、裂纹等。影响真空钎焊的因素有如下几方面。

3.1 钎焊温度

钎焊包含两个过程：一是钎料填满钎缝的过程;二是钎料与母材相互作用的过程。加热到钎焊温度时，钎料熔化填缝并与母材表面发生物理化学作用。熔化的钎料填满钎焊接头间隙，经过一定时间保温后开始冷却、凝固，形成钎焊接头。当钎焊温度工艺曲线设置的钎焊温度低时，钎料未完全熔化，钎料组分中的低熔点部分熔化，而剩下的钎料组分熔点升高，导致钎料未完全熔化。钎焊温度的确定取决于母材的固相线和钎料的液相线，优选为高于钎料固液相线温度30℃～100℃，低于母材的固液相线温度[2]。保温时间应能保证钎料与母材充分作用，保证焊接接头的形成。保温时间过长或过短，都会影响焊接接头的质量。应延长使用工装组装的铝合金组件的焊接保温时间，以保证焊接接头质量。

3.2 零件清洁度

真空钎焊对零件表面的清洁度要求很高，清洁度不足不仅会影响钎焊质量，还会污染真空钎焊炉。铝合金表面的致密氧化膜熔点高，在焊接时会吸收水分，形成气孔和夹渣。目前有效去除表面氧化膜的方法是进行物理去除和化学去除。物理去除是指采用机械方式去除表面氧化膜，化学去除是指采用化学溶液进行去除。在实际生产中两种方法都可以使用，其中化学溶液清洗更为常用。一般会进行去油、碱洗、酸洗、烘干等工序。铝合金零件清洗时，先进行碱洗去除表面氧化膜，然后用清水冲洗，再将铝合金零件进行酸洗出光。清洗的过程中要求减少杂质的带入，减少进入清水、清洗槽、工装设备等的杂质。清洗完成后，零件表面不得有浮锈、氧化皮、油斑等，要求零件表面可以形成完整连续的水膜，且水膜30s内不破裂。如果未达到该标准，则表明零件未清洗干净，需要重新进行清洗。对于零件表面的所有孔，都需要用压缩空气去除内部水渍、残余杂物。铝合金清洗后，会再次生成一层致密的氧化膜，为了避免二次氧化，需要保证清洗后短时间内进行真空钎焊，实际生产中要求在24h内进行真空钎焊。清洗用的化学溶液必须按要求进行配置、维护与调整。没有达到清洁度要求的零件进行钎焊后会影响真空钎焊质量，严重时会导致焊缝开裂[3]。

碱洗过程反应方程式：NaOH+RCOOH=RCOOHNa+H2O、2NaOH+AL2O3=2NaALO2+H2O。

酸洗过程反应方程式：AL2O3+6HNO3=AL（NO）3+3H2O。

用酸碱洗去除表面油污，破坏铝合金表面氧化膜，此过程简单方便，对工人技能要求低，容易实现，同時质量可靠，产生的废液容易处理，适合批量生产使用。

3.3 零件装配间隙

真空钎焊过程中，高温熔化的钎料润湿母材表面，要求液态钎料自动流入并填满钎缝的全部间隙，而不是沿固态母材表面自由铺展。液态钎料是依靠毛细作用在钎缝间隙内流动并填充钎缝间隙的。毛细作用，是液体在狭窄间隙中流动时所表现出来的固有特性。如图4所示，当把间隙很小的平行板插入液体中时，液体在平行板的间隙内会上升到高于液面的一定高度或下降到低于液面的某一位置。

h=2σ1cosabρg

式中：b——钎焊缝隙;

ρ——钎料的密度;

g——重力加速度;

σ1——液-气相界面张力。

由左式可以得出，液态钎料的爬升高度与σ1及cosa成正比，与间隙大小b成反比。液态钎料对母材的润湿性越好，间隙值越小，液态钎料的爬升高度越大。根据焊接经验，一般要求钎焊装配间隙不大于0.1mm。当装配间隙小时，液态钎料能填满间隙，进而保证真空钎焊的质量。

3.4 真空度

真空度是真空钎焊工艺过程中的重要参数，在真空环境下，存在于零件表面的气体会随着真空度的提高而挥发，真空度越高，约利于气体排出。在真空环境的加热过程中，零件表面会发生不同程度的蒸发，真空度越高，温度越高，蒸发也越剧烈。气体的蒸发可以把金属表面的氧化物及杂质带走，达到去除表面氧化物的作用。一般真空钎焊的真空度在3×10-2Pa，真空炉在加热过程中真空度不能低于3×10-2Pa，在达到焊接温度时，真空度需要提到高3×10-3Pa。

4 结语

某型铝合金机箱真空钎焊后未钎着的主要原因为零件清洁度不够，造成局部污染。在真空钎焊前，需要对零件进行碱洗酸洗，达到清洁度要求，这样才能保证真空钎焊质量。此外，钎焊温度、零件装配间隙、真空度等对真空钎焊质量均有影响。从工艺设计、焊前清洗、零件装配、真空钎焊等多方面进行严格控制，才能保证焊接接头的质量。

参考文献：

[1]吴国臣.对铝制钎焊板翅式散热器的研究[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（2）：49-50

[2]许彬，等.铝合金电子机箱钎焊工艺研究[J].电子工艺技术，2018，39（4）：235-237

[3]徐兴军，徐小勤.酸碱清洗在铝制板翅式换热器制造中的应用[J].清洗世界，2020，36（3）：9-10

作者简介：乔平（1987— ），男，汉族，陕西咸阳人，本科，工程师，研究方向：机加工艺、真空钎焊。