基于sn-pb-zn釬料鋁合金釬焊工藝分析

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1、上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：張振宇日期：2008年4月8日III上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。

2、本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于不保密√。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名：張振宇指導(dǎo)教師簽名：姚舜日期：2008年4月8日日期：2008年4月8日IV上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論1.1引言鋁是地殼中分布最廣、儲(chǔ)量最多的元素之一，約占地殼總重量的8.13%，僅次于氧和硅，居第三位。鋁是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的有色金屬，2005年全球鋁的產(chǎn)量[1]為3190萬噸，成為除鋼鐵之外產(chǎn)量最大的金屬元素。鋁合金具有密度小、比強(qiáng)

3、度高、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度高、耐蝕性和成型性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛的應(yīng)用在交[2]-[9]通運(yùn)輸（汽車、艦船、航空器），建筑，日常生活，容器，軍事工業(yè)中。鋁合金日益廣泛的應(yīng)用對(duì)其加工方法不斷的提出新的要求。鋁合金的連接技術(shù)作為一種重要的加工方法也隨著科技進(jìn)步而日益完善。常用的鋁合金連接方法包括焊接、膠接和機(jī)械連接三種，三種接合方法在實(shí)現(xiàn)連接接頭的機(jī)制及其在結(jié)構(gòu)中的承力方式有著明顯的差異。而鋁合金的焊接方法對(duì)鋁合金的應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用。鋁合金的常用焊接方法有保護(hù)金屬極電弧焊（SMAW），熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（MIG），鎢極惰性氣體電弧焊（TIG）等。鋁的化學(xué)活性比較高

4、，因此在鋁合金的焊接過程中會(huì)遇到諸如氧化、焊縫熱裂紋和氣孔等一系列問題。采用傳統(tǒng)的TIG、MIG等熔化焊方式需同時(shí)配合特殊措施去除金屬表面氧化物和防止新的氧化物生成。為了更好的解決此問題，近年來發(fā)展出許多新的焊接方法，如攪拌摩擦焊、激光焊、電子束焊，以及基于此基礎(chǔ)上的復(fù)合焊接，如TIG-MIG焊、激光-MIG復(fù)合焊、激光-TIG復(fù)合焊、等離子-MIG焊、等離子-TIG焊、激光-等離子復(fù)合焊、電子[10]-[16]束-等離子弧焊，激光-攪拌摩擦焊等等。釬焊是一種古老的連接方法，相對(duì)于熔化焊，釬焊具有如下優(yōu)勢(shì)：接頭平整光滑，外形美觀；焊件變形小，易于控制焊件的尺寸精度；可以連接

5、各種不同形狀不同厚度的零件；適用于鋁及鋁合金與其它異種材料的連接，工藝過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等等。相對(duì)于其他金屬材料，鋁合金的釬焊起步較晚，同時(shí)也遇到了較多的困難。首先是鋁合金的表面總是覆蓋著一層致密的氧化物薄膜，這將嚴(yán)重影響釬料在金屬表1上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文面潤(rùn)濕和鋪展，阻礙兩個(gè)連接表面的結(jié)合，雖然可以采用打磨，刮擦，酸洗，堿洗等方法去除該氧化膜，但是如果處理之后試件暴露在空氣中，很短時(shí)間內(nèi)氧化物薄膜又會(huì)重新生成。為了有效的去除鋁合金表面的氧化物薄膜，大多數(shù)鋁合金釬焊使用的釬劑都具有腐蝕性，需要釬焊之后仔細(xì)清洗。其次，鋁合金的熔點(diǎn)較低，傳統(tǒng)的硬釬焊方法釬焊溫度較高

6、，甚至與鋁合金的固相線相差只有幾十度，也就是說，在釬焊時(shí)需要仔細(xì)的控制溫度，稍有不慎容易造成鋁合金過燒甚至熔化，導(dǎo)致釬焊[17]-[18]接頭力學(xué)性能的降低。此外，鋁合金的線膨脹系數(shù)比其他金屬要大，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的組件，需要更加仔細(xì)的考慮釬焊后釬件的變形。鋁合金的低溫釬焊雖然可以不必考慮焊件變形以及過燒等問題，但是使用傳統(tǒng)的Sn-Pb釬料釬焊鋁合金存在較多的問題。首先是釬焊接頭的強(qiáng)度比較低，較之硬釬焊具有較大差距，其次是釬焊接頭的耐腐蝕性比較差。另一個(gè)問題是為了去除鋁合金表面的氧化物，低溫釬焊大多使用釬劑，這些釬劑大多具有腐蝕性，釬焊之后需要仔細(xì)的清洗殘?jiān)@大大限制了低溫釬

7、焊件的推廣使用?？梢哉f，鋁合金的低溫釬焊工藝還有很多的技術(shù)問題需要研究解決。1.2研究現(xiàn)狀1.2.1鋁合金軟釬焊的釬料[19]美國(guó)焊接學(xué)會(huì)對(duì)釬焊的定義是：“釬焊是把材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，同時(shí)應(yīng)用釬料而使材料產(chǎn)生結(jié)合的一種焊接方法。釬焊的溫度高于釬料的液相線溫度，而低于基體金屬的固相線溫度。釬料依靠毛細(xì)吸引作用流布于接頭的緊密配合面之間?！备鶕?jù)美國(guó)焊接學(xué)會(huì)的定義，依照釬料的液相線溫度，以450℃為分界線，規(guī)定釬料液相線溫度高于450℃時(shí)所進(jìn)行的釬焊是硬釬焊（Brazing），低于450℃的為軟釬焊（Soldering