[發明專利]采用可發泡釬料焊接泡沫鋁及鋁合金的方法

無效

• 申請號: 200810124682.1
• 申請日: 2008-08-29
• 公開（公告）號: CN101347853A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 何德坪;褚旭明;何思淵;王輝
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/19;B23K1/20;B23K103/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術領域

本發明涉及泡沫鋁及鋁合金的焊接領域，特別涉及采用一種可發泡釬料進行泡沫鋁及鋁合金焊接的方法。

背景技術

泡沫鋁是以鋁或鋁合金為基體，包含大量孔隙的一種新型超輕型多孔金屬，結構(孔徑、孔隙率、基體合金)可調，閉孔泡沫鋁孔隙率可以在50％-95％很大范圍內變化。，具有輕質ρ＜1、高比強度、高阻尼及高能量吸收等突出性能，同時又具備隔聲、隔熱、阻燃、阻尼、沖擊能量吸收和電磁屏蔽等多種特性，實現了結構材料的輕質多功能化，因而具有廣泛的應用前景。特別在航天航空等高技術領域，高孔隙率泡沫鋁及合金作為超輕材料已成為國際材料研究的前沿熱點。隨著應用的日益廣泛，泡沫鋁及鋁合金的連接技術特別是焊接技術重要性凸顯。以孔隙為特征的泡沫金屬采用常規的焊接方法難以完成連接，因此必須發展新的工藝方法來進行焊接。

發明內容

針對現有焊接泡沫鋁及鋁合金的方法存在的缺點，本發明公開了一種采用可發泡釬料焊接泡沫鋁及鋁合金的方法，本方法可以焊接不可二次發泡的各種泡沫鋁及鋁合金，焊接強度好。

本發明的技術方案為：

一種采用可發泡釬料焊接泡沫鋁及鋁合金的方法，步驟為：第一步：制備可發泡釬料：將相當于鋁合金重量的0.2～9％的鈣和1～6％的氫化鈦粉混合并攪拌均勻制成混合增黏發泡劑，將鋁合金加熱至完全熔化，再將混合增黏發泡劑加入670～720℃鋁合金熔體中通過攪拌槳在600～1200rpm下進行6～15min的增黏發泡，并使未分解的氫化鈦粉均勻分布在熔體中，將其進行水冷，40s內冷卻至室溫，獲得孔隙率為35～70％、未分解的氫化鈦的質量分數為0.1～1.0％的可發泡釬料。所述的可發泡釬料采用的鋁合金為鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金中的一種。

第二步：將待焊接的泡沫鋁及鋁合金，加工為需要尺寸并洗凈烘干；待焊泡沫鋁及和鋁合金表面先用煤油清洗，然后用水洗凈后再用質量濃度為20～40％HNO₃溶液清洗，然后凈水洗凈，晾干后再用丙酮清洗，烘干。待焊接泡沫鋁及鋁合金的成分是純鋁、鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鎂合金、鋁鋅合金中的一種或者幾種。

第三步：按照待焊接的泡沫鋁及鋁合金的外形尺寸制作鋼制密封模具，確保可以完全密閉包覆可發泡釬料及待焊接泡沫鋁及鋁合金接頭部分；

第四步：切割尺寸為3～10mm厚度的可發泡釬料與待焊接泡沫鋁及鋁合金接頭置入密封模具中固定，并在兩端施加0.5～4Mpa的壓力；

第五步：采用氧乙炔或液化石油氣火焰加熱溫度為700～900℃，加熱密封模具中泡沫鋁及合金間的可發泡釬料層2～4min，當釬料成為半固態時逐漸鋪展，同時開始二次發泡，釬料與母材相互浸潤擴散并且通過相互咬合的孔洞實現連接。當釬料溢出時停止加熱。

第六步：拆除鋼制模具并將溢出的可發泡釬料清除，得到泡沫鋁及合金焊接結構件。

本發明的有益效果為：

1.本發明采用增黏發泡劑的方法制備可發泡釬料，將鈣和氫化鈦粉混合并攪拌均勻制成增黏發泡劑，由于鋁合金熔體未提前進行增黏，氫化鈦粉末極易在670～720℃熔體中均勻分散。采用合適的工藝參數：600～1200rpm下進行6～15min的增黏發泡，既保證了有適當的黏度防止氫化鈦下沉至底部，又能保證氫化鈦粉均勻分散在鋁合金熔體中，形成可發泡釬料。

2.本發明采用增黏發泡劑的方法制備可發泡釬料，簡化了工藝步驟，將增黏和發泡通過一次攪拌同步完成，而現有熔體發泡技術要采用低速增黏，高速攪拌發泡二個步驟，同時可以將制備可發泡釬料時間縮短，降低成本。

3.本發明采用可釬料成分為鋁合金，與本體成分相同或者相近，釬焊最高溫度為870℃，因此釬縫可以耐受較高溫度。與常規粘接和低溫釬焊連接相比，具有耐高溫的優勢。

4.本發明采用可發泡釬料，通過調整火焰狀態可以使釬料充分二次泡沫化，利用釬料的熔化鋪展，最終冷卻使可發泡釬料在泡沫鋁及鋁合金之間凝固，從而實現了泡沫鋁及鋁合金之間的冶金結合。

5.本發明采用可發泡釬料進行泡沫鋁及鋁合金的焊接，形成的焊縫同樣具有孔隙結構，保持了泡沫鋁及鋁合金多孔結構的一致性，未形成其他焊接方法連接造成的不同厚度界面層，對泡沫鋁合金導電，傳熱等性能影響較小。

6.采用本發明的方法可以焊接具有不同孔隙率，梯度孔隙率或不同孔徑的泡沫鋁及鋁合金。

7.本發明由于實現了泡沫鋁及鋁合金的冶金接合，釬縫化學性質與泡沫鋁本體極為相近，釬縫寬度可根據實際需要任意調整，表面在高溫作用下仍可以形成致密氧化膜，因此具有耐腐蝕，耐油浸的特點。