專利名稱：Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金精密器件的連接技術(shù)，尤其涉及一種Al合金Al-Cu瞬 間液相擴散
連接方法，屬于擴散連接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著武器裝備的輕量化及技戰(zhàn)術(shù)指標的提高，鋁合金薄壁復雜構(gòu)件在軍工行業(yè)應(yīng) 用越來越廣泛。X波段行列饋、高效液冷模塊等鋁合金薄壁復雜構(gòu)件采用釬焊成型時存在 一定的問題，釬焊時圓角R不易控制，局部釬料易部分堵塞液冷流道或流淌在微波構(gòu)件內(nèi) 腔表面，降低構(gòu)件性能指標，影響構(gòu)件成品率。針對以上搭接結(jié)構(gòu)類薄壁復雜構(gòu)件采用擴散焊接成型時，液相擴散焊接液相量很 少，不會堵塞流道或影響內(nèi)腔表面質(zhì)量，圓角R基本不存在，薄壁復雜構(gòu)件材料可選6061、 6063、3A21鋁合金。瞬時液相擴散連接方法，通過液相的作用使擴散加速，液相中降低熔點 的元素迅速向基體擴散，使得結(jié)合界面化學成分明顯改變，相平衡中的液相減少，導致在一 定溫度下保溫一段時間結(jié)合界面實現(xiàn)等溫凝固，經(jīng)過等溫凝固、固相成分均勻化，最后得到 與母材化學成分和組織均勻一致的接頭并獲得連續(xù)的接合面組織，屬于一種新型的精密擴 散連接技術(shù)。液相擴散焊接中液相形成的方法、相關(guān)的連接工藝規(guī)范和形成的中間反應(yīng)產(chǎn)物直 接決定著構(gòu)件的連接性能及形位公差，目前的已有技術(shù)中連接性能及形位公差均不是非常 理想，通過新的工藝技術(shù)希望能提高連接性能、減少連接變形、控制焊縫圓角，從而大力推 動其在鋁合金精密構(gòu)件的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
所要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有鋁合金精密構(gòu)件焊接技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種綜合性能好、釬
縫組織
致密(焊合率可達到90%以上)、連接強度高，連接溫度低、殘余應(yīng)力小、連接變形小、圓 角尺寸小的Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法。技術(shù)方案
一種Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法，包括以下步驟
步驟1.工件焊前處理，將加工成型后的鋁合金部件表面經(jīng)過機械加工，并在丙酮中進 行超聲清洗去除油污等雜質(zhì)；
步驟2.中間層制備，首先在鋁合金表面采用電鍍方式預(yù)置厚度為3-10 μ m的Cu鍍
層；
步驟3.將待連接工件組按照要求的接頭方式放置到釬焊爐中，并在試樣上方施加配 重塊，以實現(xiàn)連接過程中表面的可物理接觸，配重塊重量需要跟據(jù)釬焊接頭面積來確定，以提供連接面0. 02MPa壓力的重量為準；加熱工件至550 560°C溫區(qū)內(nèi)，進行保溫1 IOmin ；關(guān)閉加熱，試樣隨爐冷卻至200°C以下取出試樣，在空氣中冷卻至室溫，即完成連 接；
上述過程所述連接環(huán)境的具體要求為真空度彡4X IO-3Pa0所述的步驟2中Cu鍍層的厚度為5 μ m。所述的步驟3中加熱工件溫度為552°C。所述的步驟3中的焊接保溫時間為5min。所述的焊接真空度為3X 10_3Pa。有益效果
本發(fā)明由于中間層采用電鍍形式施加，中間層厚度均勻，避免了手工涂抹釬料的不均 勻缺點，焊接成型美觀。連接過程中壓力極小，連接溫度較低，母材變形極小，焊接精度高， 適合于高精度構(gòu)件的連接。形成的中間反應(yīng)物為Al-Cu共晶，焊縫連接強度高，綜合性能良 好。該方法適用的接頭形式多樣，可以采用對接、搭接、T型接頭等任意形式?？梢赃_到的 性能指標接頭釬透率(焊合率)^ 90% ；接頭抗剪強度》SOMpa ；圓角尺寸R<0. 1mm。


圖1是6063鋁合金Al-Cu共晶瞬時液相擴散連接器件照片； 圖2是6063鋁合金Al-Cu共晶瞬時液相擴散連接焊縫組織照片。
具體實施例方式本發(fā)明鋁合金的連接采用爐中釬焊，其核心技術(shù)為采用Cu作為中間層，利用擴散 形成的Al-Cu 二元共晶體作為液相來填充焊縫。本發(fā)明中是將中間層Cu放置在待連接材 料連接表面之間；在剛超過Al-Cu共晶的溫度(548°C)下加熱保溫，中間層及母材元素相 互擴散，由于達到Al-Cu 二元共晶濃度而液化，從而形成一層薄的液相中間層；液體填充待 連接材料表面之間的空間，隨著溶質(zhì)原子向母材中繼續(xù)擴散，發(fā)生等溫凝固；等溫凝固結(jié)束 后，沒有殘留液相存在的痕跡，形成了和母材成分基本相似的連接接頭。本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的
步驟1.工件焊前處理，將加工成型后的鋁合金部件表面經(jīng)過機械加工，并在丙酮中進 行超聲清洗去除油污等雜質(zhì)。步驟2.中間層制備，首先在鋁合金表面采用電鍍方式預(yù)置厚度為3-10 μ m的Cu鍍層。步驟3.將待連接工件組按照要求的接頭方式放置到釬焊爐中，并在試樣上方施 加配重塊，以實現(xiàn)連接過程中表面的可物理接觸，配重塊重量需要跟據(jù)釬焊接頭面積來確 定，一般以提供連接面0. 02MPa壓力的重量為準則。加熱工件至550 560°C溫區(qū)內(nèi)(任意 溫度)，進行保溫1 lOmin。關(guān)閉加熱，試樣隨爐冷卻至200°C以下取出試樣，在空氣中冷 卻至室溫，即完成連接。本實施方式所述連接環(huán)境的具體要求為真空度》4X IO-3Pa0下面以采用Al-Cu 二元共晶作為瞬時液相焊接6063鋁合金器件為例，結(jié)合附圖 1 2對本發(fā)明做進一步說明。
實施例6063鋁合金構(gòu)件瞬時液相擴散連接
將預(yù)焊器件的部件先鍍銅，鍍層厚度在5 μ m，焊接溫度552°C，焊接真空度3X10_3Pa， 壓力0. 02MPa，焊接保溫時間5min。產(chǎn)品照片如圖1所示，產(chǎn)品焊縫組織照片如圖2所示， 器件尺寸及釬縫圓角檢測均滿足要求。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟悉 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當可作各種變化或潤飾，因此本發(fā)明的保護 范圍應(yīng)當以本申請的權(quán)利要求保護范圍所界定的為準。
權(quán)利要求
1.一種Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法，其特征在于包括以下步驟步驟1.工件焊前處理，將加工成型后的鋁合金部件表面經(jīng)過機械加工，并在丙酮中進 行超聲清洗去除油污等雜質(zhì)；步驟2.中間層制備，首先在鋁合金表面采用電鍍方式預(yù)置厚度為3-10 μ m的Cu鍍層；步驟3.將待連接工件組按照要求的接頭方式放置到釬焊爐中，并在試樣上方施加配 重塊，以實現(xiàn)連接過程中表面的可物理接觸，配重塊重量需要跟據(jù)釬焊接頭面積來確定，一 般以提供連接面0. 02MPa壓力的重量為準則；加熱工件至550 560°C溫區(qū)內(nèi)，進行保溫 1 IOmin ；關(guān)閉加熱，試樣隨爐冷卻至200°C以下取出試樣，在空氣中冷卻至室溫，即完成 連接；上述過程所述連接環(huán)境的具體要求為真空度≥4X IO-3Pa0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法，其特征在于所述的 步驟2中Cu鍍層的厚度為5 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法，其特征在于所述的 步驟3中加熱工件溫度為552°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法，其特征在于所述的 步驟3中的焊接保溫時間為5min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法，其特征在于所述的 焊接真空度為3X10_3Pa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Al合金Al-Cu瞬間液相擴散連接方法步驟1.工件焊前處理，將加工成型后的鋁合金部件表面經(jīng)過機械加工，并在丙酮中進行超聲清洗去除油污等雜質(zhì)；步驟2.中間層制備，首先在鋁合金表面采用電鍍方式預(yù)置厚度為3-10μm的Cu鍍層；步驟3.將待連接工件組按要求的接頭方式放置到釬焊爐中，并在試樣上方施加配重塊，配重塊重量需要跟據(jù)釬焊接頭面積來確定，一般以提供連接面0.02MPa壓力的重量為準則；加熱工件至550～560℃溫區(qū)內(nèi)，進行保溫1～10min；關(guān)閉加熱，試樣隨爐冷卻至200℃以下取出試樣，在空氣中冷卻至室溫，即完成連接；連接環(huán)境要求真空度≥4×10-3Pa。
文檔編號B23K1/008GK102000896SQ20101053736
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者馮展鷹, 馮杏梅, 曹慧麗 申請人:中國電子科技集團公司第十四研究所