航空工业西安航空计算技术研究所 陕西西安 710068
摘要：通过对国产6061与进口6061材料差别分析，据此进行国产6061箱体真空钎焊工艺性分析，进行工艺设计。确定的真空钎焊焊接工艺曲线，进行产品焊接试验，焊接后产品焊缝特征及焊接强度性能检查，性能达到指标要求，满足实际生产需要。
关键词：国产6061；真空钎焊；钎料；焊缝
引言
6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金，其强度虽不能与2系和7系铝合金相比，但其镁、硅合金特性多[1]，具有加工性能极佳，优良的焊接性能和电镀性，材料具有良好的抗腐蚀性，韧性高，加工后变形小，材料致密无缺陷，氧化效果极佳等优良特点。由于6061材料的可热处理强化性能及高抗腐蚀性，机载计算机结构件广泛采用该材料。在原为进口6061铝合金箱体的基础上，产品改型选择了国产6061铝合金，为了确保产品焊接性能，针对该型计算机箱体进行了钎焊工艺设计和验证。
某国产6061箱体如图1所示，作为非航空电子计算机的结构件，在由前框、后框、左右侧板组成的框体，由凹槽、翅片、蒙皮组成风冷流道。
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图1 某国产6061箱体图
1 国产6061箱体焊接工艺分析
1.1 成分对焊接工艺的影响
箱体的真空钎焊工艺确定，首要依据是材料的自身性能，鉴于此，针对进口6061与国产6061，进行了材料成分分析，各成分的质量分数及对比情况如表1所示。
表1 6061 铝合金的化学成分（质量分数/%）
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通过分析结果看，国产6061铝合金在Mg、Mn元素都比进口的要求低，因此从这两个存在差异的元素分析其对焊接的影响。
镁在钎料熔化温度下能产生聚集性蒸发，这一现象对形成优质接头具有重要作用。通过对钎料填充间隙能力的影响分析，焊缝附近镁的浓度适量是获得优质焊缝的关键。浓度过大，钎料流失，浓度过小，钎料不漫流，均形不成焊接圆角[2]。适量的镁既可以去除氧化膜，吸附炉体内残存的水分降低氧分压，同时还能促进钎料流动，但过量的镁会引起零件表面的溶蚀以及污染真空室[3].鉴于国产6061成分中Mg元素比进口偏低，为了确保焊接后焊缝性能，考虑在原焊接工艺的基础上通过延长焊接保温时间，促使钎料流动充分，形成焊接圆角。
锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%，合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达到最大值。AlMn合金是非时效硬化合金，即不可热处理强化。合金强度随着溶解度的增加而不断增加。锰含量为0.8%时，延伸率达到最大值。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶的温度，并能显著细化再结晶晶粒。再结晶晶粒的细化，主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用。鉴于国产6061成分中Mn元素比进口偏低，考虑Mn元素对焊缝再结晶过程的影响，为了确保焊缝的再结晶过程和时间，同样需要考虑延长焊接保温时间。
1.2 钎料熔点对焊缝工艺的影响
真空钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料，在真空环境下将焊件和钎料加热到钎料熔点但低于母材熔化的温度（母材保持为固态），利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩散实现被焊工件连接。因此，钎料的实际熔化温度是钎焊工艺曲线设计的关键参考值。
GB/T13815铝基钎料中AlSiMg系列钎料的熔化温度，如下表：
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另外根据钎焊手册，6061铝合金真空钎焊所用钎料体系的化学成分和温度特性推荐，通用常规4004钎料熔点为559～591℃。
鉴于不同标准和手册熔点温度参考值存在差异，为了确保对购置的4004钎料熔点特性掌握，对4004进行了DSC差热分析，测试的4004焊料熔点温度为561～589℃。
根据分析的结果，考虑真空钎焊设备的炉温均匀性±3℃的特点，同时参照美军表6061铝合金钎焊温度不超过593℃的要求，将钎焊温度定位588～589℃，确保焊料充分熔化铺展，并且防止零件因设备温度上冲导致的过烧。
2 国产6061箱体焊接实验
2.1 4004钎料焊接6061箱体试验
通过前期对国产6061铝合金原材料成分分析，对4004焊料熔点的分析，确定焊接温度588℃，参照进口6061铝合金保温时间，国产6061铝合金保温工艺曲线延长至12分钟，进行两台箱体的真空钎焊试验。
2.2焊接试验情况
国产6061铝合金的真空钎焊机箱焊接，焊后的产品如图2所示，焊接变形与进口6061铝合金箱体相当。国产6061焊接后母材发红，与进口6061光亮的铝合金颜色存在差异。
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图2 真空钎焊焊接后国产6061箱体
箱体角接焊缝如图3所示，通过对焊缝检查，焊缝饱满，焊接圆角明显，说明钎料熔化充分。
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图3 箱体角接焊缝
箱体端面焊缝如图4所示，通过对焊缝检查，钎缝连续、均匀、圆滑，焊料熔化充分，无气孔，无未钎透现象
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图4 箱体端面焊缝
通过对焊接箱体进行焊接接头强度试验，焊接接头强度与进口6061铝合金强度相当，能满足设计指标。
3 结束语
通过对国产6061箱体进行焊接工艺性设计，充分考虑焊接的影响因素，确定焊接工艺曲线。在依据实际测试优化的国产6061铝合金箱体焊接工艺曲线，进行焊接试验，焊缝特征及焊接强度满足设计指标要求。
实际运用中，还应考虑设备原来焊接产品的材料，如原来不是焊接6061材料，镁元素挥发对炉体的污染就小，保温时间可延长，如一直进行6061材料的焊接，镁元素挥发对炉体的污染就大，保温时间可根据焊接试验情况调整。
参考文献：
[1]中国航空材料手册编辑委员会，航空材料手册[M]2版.北京：中国标准出版社，1998
[2]张玉华 史纯成。镁在铝合金真空钎焊过程中作用的研究[J]. 焊接学报.1983.02.
[3]梁 宁 沈以赴。活性元素镁对铝合金真空钎焊接头性能的影响[J]. 焊接学报.2007.07.
作者简介：
罗锡，（1977-），男，高级工程师。研究方向：机制工艺和真空钎焊技术。