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铝及铝合金的钎焊

时间:2019-12-26 16:26:45 编辑:小编 点击:

铝及铝合金的钎焊的工艺应用,沈阳北真真空是一家专业的真空炉生产厂家,专业制造真空钎焊炉,完善的售后为您解决一切真空炉问题,联系电话:13998872066

概述 Introduction


  • 铝及其合金由于密度小,热导率和电导率高(仅列于Ag、Cu、Au之后),在近代工业材料中占 有独特的地位。在人造卫星、火箭、导弹、微波元 件、飞机或地面雷达天线、汽车水箱或空调散热器 等的制造上,为了减轻重量,降低能耗,提高效率 和增强机动性都竭尽可能地以铝代铜,甚至代钢。 能否取代的关键在丁?铝及其合金的焊接,而焊接之 精密者首推钎焊。

  • 铝及其合金较之其他合金难于钎焊之处,在于 其表面有一层极为致密的氧化膜。这层氧化膜的性 质非常稳定,能够充分抵抗大气的侵蚀,它又能在 旧膜被破坏时随时生成新膜。铝的化学性质非常活 泼,正是这层随时生成的氧化膜的保护,才使得铝 及其合金有可能成为今日的重要材料。也有办法能彻底破坏这层膜,例如在铝上滴一滴HgCl2溶液或 放上一些金属汞,用砂布摩擦使生成铝汞齐,铝表 面上液态的Al-Mg合金会使氧化膜不能保持完整致密,这时可以明显看到它能和水反应放出氢气。成 块的铝及其合金,在潮湿情况下一夜间会化为绒毛 状的A1(0H),。铝及其合金钎焊时需要破坏这层 膜,否则熔化的钎料不能与母材润湿;焊后又需要 维持保护膜的完整,否则接头将会产生严重的腐蚀。

1.  锅及钥合金的编号Designations of Aluminum and its Alloys

  • 纯铝的延展性优良佴强度不高,加人Mn、 Mg、Cu, Si、Cr等金属制成合金后各种性能有特 殊的改善。有的经热处理后可以得到很高的强度, 甚至可以和某些特种钢媲美。合金分类如下:(JIS)基本上采用的是美国的表示方法。

  • 世界各发达国家的铝合金大都有自己的牌号和成分,约半数可以互相对比,成分也不完全相同。 有相当数童的铝合金属于独自发展的品种,别国没有相应的合金。我国旧的编号(GB)⑴以LX代表 工业纯铝,X为数字1~6,数字越小纯度越高,由U至L6,纯度由99. 7%至99. 8%。用LGX代 表髙纯铝,X为0~4, X越大纯度越高,由LG1 至LG5,纯度由99. 85%至99. 99%。防锈铝(LF 系列)为Al-Mn及Al-Mg系合金,硬铝(LY系 列)为Al-Cu-Mg系合金,锻铝(LD系列)为A1- Mg-Si和Al-Mg-Si-Cu系合金,超硬培(LC系列) 为Al-Zn-Mg-Cu系列合金。表2-1列出了不同国家 合金牌号的对照⑺。从中可以看出合金的大概组 成。在世界各国的牌号中,徳国、意大利、瑞士、 比利时、瑞典和荷兰等国采取类似国际标准化协会 的表示方法,其他诸国则采取自C的编号。日本表2-1不同国家合金牌号的对照

Table 2-1 Some comparison examples of aluminum alloys designation for different countries

类别

中国GB
新(旧)

美国
AA

俄国
rocT

国际标准 化组织ISO

纯铝

1A90 (LG2) 1A85 (LG1) —(L1) 1A50 (LB2) —(L5-1)

1090
1080
1070
1050
1100

AB1
AB2
A00
A5
A2

A199.8
A199.7
A199. 0

防锈铝

5A02 (LK2) 5A03 (LF3) 5A05 (LF5) 3A21 (LF21)

5052
5154
5046
3003

AMr
AMr3
AMr5
AMU

AlMg2.5
AlMg3
AlMg5
AlMnlCu

硬铝

2A01 (LY1)
2 All (LY11) 2A12 (LY12)

2117
2017
2024

Ani8n
Ani
Ani6

AlCu2. 5 Mg AlCu4MgSi AlCu4Mgl

类別

屮国GB 新(旧)

美国
AA

俄国
rocr

国际标准 化绀织iso

锻铝

6061 (LD30) 6063 (LD31) 2A70 (LD7) 2A14 (LD10)

6061
6063
2618
2014

AITO
AI131
AK4-1
AK8

AlMgSiCu
AlMgSi
AlCi?4SiMg

超硬铝

7A09 (LC9)

7075

AlZn5.5MgCu

特殊铝

4A01 (LT1)

4043

AK

AlSi5


  • 1972年12月由18个国家签约制定了变形铝及 铝合金国际牌兮命名体系。这个体系基本上是以美国铝业协会(AA)命名法为基础,即四位数字体 系。第一位数字代表主要添加的合金元素:1 x x x为尤添加,即为纯铝;2xxx为Cu;3xxx 为 Mn; 4 x x x 为 Si; 5 x x x 为 Mg; 6 x x X 为 Mg + Si; 7 x x x为Zn; 8 x x x为其他元素。第 二位代表合金改型状况:0为原型,1 均为改 型。第二位、四位为合金的识别号,无特殊意义。 国际间与AA相似成分的合金则在四位数后加缀英 文大写宇母(除I、0、Q外)来识别。我国铝合金牌号的命名已经向这个体系靠垅,有的直接引用,有的在四位数后加英文字母后缀。与AA相差较远的合金,则除第一位数字保持共同的规则以 外,第二位改用英文大写字母而不用数字,例如 LY1 改为 2A01,LY12 改为 2A12,LF2 改为 5A02, LF10改为5B05等⑴。

2.铝及铝合金的埋化性能Physi- cal and Chemical Properties of Aluminum and its Alloys

  • 纯铝的密度小,只有2.7fr/Cin3,与铜(8.9g/ cm3)或铁(7.9g/cm3)比较,只是二者的1/3。 铝的电附率为2. 61 pil ? cm,在所有低电阻率的金 属中排在银(1.47^11 ? cm),钢(1.58jiH ? cm) 和金(lOlpil . cm)之后,居第四位。仅此两项 就足以表明铝在金属材料中之独特地位。铝的物理 性能见表2-2。铝合金一些重要的和钎焊工艺有关 的性能见表2-3。表2-3中列出各合金的特性都以 美国合金编号AA排序,尽量列出合金成分与之相 当的GB牌号以供参考u

Table 2-2 Physical properties of aluminum

14 # (

尚纯度铝1

IP通纯度铝

99.9%%)

(99.5%)

原子序数

13

相对原子质童

26.97

20弋时晶格常数(凼心立方晶 格)/nm

0.40413

0.404

密度(20尤)/(g/on3)

2.689

2.70

密度(70(rC)/(g/Cm3)

2.373

熔点/T

660.2

-655

沸点/尤

2060

线胀系数(20 ~ 100T)/ io_6<c -1

24.58

23.5

线胀系数(100 ~ 3001)/ \0'6X. ?'

25.45

25.6

凝固收缩(体积)(%)

6.6

比热 100t:/(J/g)

0.9305

0.9601

熔融潜热/(J/g)

395.4

388.7

燃烧热/(J/g)

30.88

30.93

热导率⑵^:)/!^/…!!!.^)]

2.215

电导率(对标准铜)(%)

64.94

60
(退火材料)

比阻抗20*^/^ ? cm

2.6548

2.922

阻抗的温度系数/(10_3/*0

4.2

4.0

反射率 A = 250nm( % )

.一

87

反射率 A = 500nm( % )

90

反射率 A =2000nm(%)

.—

97


表2-3铝合金一些重要的与钎焊有关的性能Table 2-3 Properties of some important aluminum alloys concerning with brazing and soldering

合金代号

特征合金元素
(质鎩分数,%)

固相线一液相线
/X.

抗拉强 度/MPa

屈服强 度/MPa

仲长

(%)

钎ft


I

美国
AA

屮国GB 新(旧)


硬钎

软钎

1050

1050A(I3)

99.5A1

646—657

76

28


A

A

A

0

1060

1060(L2)

99.6A1

646—657

69

28

43

A

A

A

0

1100

1100(L5-1)

99.1A1-0.12Cu

643—657

90

34

35

A

A

A

0

1145

1145

99.45AU0.3Si

646—657

75

34

40

A

A

A

0

1199

(L03)

99.99A1

660—660

45

10

50

A

A

A

0

1350

1350

99.50A1

646—657

83

28

23

A

A

A

0

1460


2.2U-3. OCu-0.05Mg-0. IZr-O. ISc


440


11

B

C


resi

2011

2011

5.5Cu-0.4Pb-0.4Bi-0.3Zn

535(m)—541 — 638

380

295

15

D

D

C

T3

2014

2A14(LD10)

4.4Cu-0.8Si4).8Mn-0.5Mg

507—638

185

97

21


D

C

0

2017

2RI1(LY8)

4.2Cu-0.6Mg-0.6Mn^).5Si

513—641

183

70

22


D

NA

0

2018

2A90(LD9)

4.0Cu-2.0Ni-0.8Si-().6Mg

507—^38




B



2020


4.5Cu-1.5Li-0.5Mn-0.2Cd


210

145

19


0


0

2024

2A12(LY12)

4.4Cu-l. 5Mg-0. 6Mn

502—638

185

76

20


D

C

0

2036


2.6Cu-0.45Mg-0.25Mn

510(m)—554— 649

340

195

24




T4

2090


2.7Cu-2.2Li-0.12Zr-0.25Mg

560-650

213

193

11

B

D


0

2091


2. lCu-2.0U-1.0Mg-0. lOZr

560—670

-



B

D



2117

2A01(LY1)

2.6Cu-0.8Si-0.3Mg

555—650

160

60

24


D


0

2124


4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn

502—638

490

440

9.4

C

D


T851

2218


4.0Cu-2.0Ni-1.5Mg

504(m)—532— 635

405

305

13

D


C

T61

2219

2B16
(LY16-1)

6.3Cu-0.3Mn-0. 18Zr-0. 10V-0.06Ti

543—M3

170

76

18


D


0

2618

2A70(LD7)

2. 3Cu-l. 6Mg-l. IFe-l. 0Ni-0. 18Si- 0.07Ti

502(m)—549— 638

440

370

10

D

D


T61

3003

3003

1.2Mn-0.12Cu

643-HS54

110

42

30

A

A

A

0

3004

3004

1.2Mn-1.0Mg

629—654

180

69

20

A

B

B

0

3005

3005

1.3Mn-0.6Si-0.4Mg-0.3Cu


130

45

10


A


0

3010


0.5Mn-0.2Cr









3105

3105

0.55Mn-0.50Mg

638—657

115

55

24

A

B

B

0

4002


4.0Si-1.1Cd-0. lMg

575—638



A

D

NA


  • 表2-3中所列的固相线温度是钎焊操作不可逾 越的界限,否则合金将产生过烧。事实上由于合金 牌号和厂家产品的不均一性,钎焊温度总得比固相 线最少低以保安全。但表中的合金铸态 出现共晶温度(e),经均化固溶处理后的初熔温 度(m)相对较高,因此实际钎焊时的温度可以高 于(e),但决+能逼近(m>。此外,经常还要考 虑工件的力学性能,因此钉焊温度的选择还要参考 合金的热处理规范。铝合金的热学性质一般比较接 近,知道大概数值即可而不需细列。例如铝合金的 比热容都在0.9丨/(8.<0(20弋)左右;线胀系数 在23 X 10 6弋1 (20 ~ 100^)左右,它们比纯 Cul7.4xlO-6lC-\ H62 黄铜 SOJxlOdT』-1、纯 Nil6. 7 x 10_6< 、钢 12. 6 x  都较大;铝合金的热导率为1.25 ~2.5W/(cm . t)。铝及绝 大多数铝合金的密度均在(2_7 ±0. l)g/cm3之间, 其中含重金属(Cu、Zn等)和轻金属(Mg等) 的量不同而密度微有起伏。少数Al-Li-Mg合金的相 对密度有小到2.5^/cm3左右的。纯招的电导率与退 火铜比约为后者的60% (称比电导率),通常的铝 合金均约50%左右。含Mg量较高的铝合金的比电 导率则较低,例如,5A02 (LF2)、5A05 (I.F5)等防锈铝系列,但其比电导率也不低于30%。这与 黄铜(H62 ) 27%、纯Ni24%、低碳钢14%和比, 则仍属高电导率。铝合金的力学性能则有较大的变 化,表2-3所列尽量选取了退火的软化态数据,以 便为钎焊后可能出现的最差状态作参考。

  • 中国新编号的变形铝合金,除部分沿用AA的 编号和合金成分以外,多数和AA都对不上,这从 表2-3中就可以看得出来。由于新老编号的交替, 特别是老的编号还未能完令退出人们的思绪,有一 张新老编号对照以及相应成分的说明还是很有必要 的。表24列出了相应的数据。因为GB牌号的变 形铝合金缺乏和轩焊有关的数据,必要时读者可以 根据表24屮GB和表2-3中AA主要成分相近的合 金进行钎焊性能的判断。

  • 铸造培合金因为晶粒比较粗大,结构也比较疏 松,和变形铝材相比轩焊效果都较差。特别是含Si 或含Mg量较髙的铸铝合金更是难于被熔态的钎料 润湿。只有少数几个牌号的铸铝合金必要时可以考 虑进行钎焊。如 ZL201 (Al(:?5Mn)和 ZL203 ( A1- Cu4)针焊效果较好,其次可以考虑的还侖ZL105 (AlSi5CulMg)。有关参数见表2-3末尾的4个数据。


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