防止薄钢板与铜管火焰钎焊产生裂纹的研究

防止薄钢板与铜管火焰钎焊产生裂防止薄钢板与铜管火焰钎焊产生裂 纹的研究纹的研究 本文在介绍钎焊的基础上分析了钎焊的应用特点 并以薄 钢板与铜管火焰钎焊为例 指明了钎焊过程中产生裂纹的原因 提出了消除此种现象的方法 钎焊是一种有着久远历史的焊接方法 我国早在青铜器时 代就已经出现了采用钎焊进行连接的物件 它的原理是采用熔 点比母材低的金属原料作为钎料 当材料被加热之后 用液态 钎料润湿母材和填充工件接口间隙 并使钎料与母材相互扩散 从而实现连接焊接 从宏观上来讲钎焊过程中母材金属不熔化 但是从微观上来看 在液态钎料和固态母材之间发生母材向钎 料中溶解和钎料向母材扩散的相互扩散反应 即存在母材表面 的微区熔化 而且在钎焊时 液态钎料依靠毛细作用在钎缝间 流动 这种液态钎料对母材金属的浸润和附着的能力被称之为 润湿性 润湿性越好则毛细作用越强 填缝也会更充分 钎焊的应用特点 钎焊加热的温度并不高 接头光滑美观 组织和机械性能 变化比较小 工件的尺寸比较精确 能够焊接不同种的金属和 不同种的材料 钎焊的过程比较简单 设备也不复杂 生产成 本费用较低 有的钎焊方法能够同时焊多焊件 多接头等 因 而生产效率比较高 不过 钎焊接头的强度比较低 耐热性较 差 对焊前的清洗要求比较严格且钎料价格昂贵 正是因为上 述特点 在进行动载机 普通钢结构以及重载机的焊接时钎焊 不实用 而在机械 仪表等部门得到了广泛的应用 钎焊过程和裂纹的产生 本文以氧乙炔火焰在处理钎焊铜管和薄钢板时出现裂痕的 情况为例 当给某一款摩托车的燃料箱壳体与通气管进行焊接 加工时 燃料箱壳体材料使用上海宝钢生产的 dc04 镀锌镍钢板 基本厚度为 0 8mm 通气管材料使用外径为 10mm 厚度 1 5mm 的铜管 需要在燃料箱壳体上钻一个直径为 10 15mm 的 小孔 然后将铜管插入该孔内进行火焰钎焊 焊接完成后要求 给燃料箱内部施加 0 05mpa 的空气压力并保持 90 秒 燃料箱不 能有泄漏故障 在钎焊的过程中 只有在钎料熔化成液体材料后才能充分 的填充母材的钎缝并润湿母材的外表面 因此钎料和母材的成 份对润湿能力的影响作用甚大 为了控制钎焊生产成本 钎料 选用 102 的 48 铜锌焊料 钎剂选用硼砂 首先将清理完表面 氧化物的燃料箱壳体与铜管装配定位 利用碳化焰的外焰对钎 缝周边进行局部加热 此时焰心距离钎缝的距离保持在 15 到 20mm 范围内 再将钎剂涂到钎缝处并利用外焰持续加热直至 其完全熔化后 立刻使钎料熔化进入到钎缝中 并将钎缝到火 焰焰心的间距增加到 35 至 40mm 以避免钎料过于灼热 鉴于 过高的钎焊温度可能导致铜管与燃料箱壳体出现过烧的现象 所以在此选择钎焊温度比铜管的熔点高 30 到 40 摄氏度 根据 燃料箱大批量生产的工艺要求 在钎焊过程完成后选择自然冷 却 并用钢丝电刷打磨清理钎剂残渣 最后给燃料箱内部加压 检查 发现钎缝处有泄漏 取样做金相检查发现有环形的裂纹 进一步选用钎料为 103 的 54 铜锌焊料 钎剂为 60 硼砂 和 40 硼酸进行重新钎焊 钎焊完成后仍有环形裂纹出现 经 过研究发现 焊后燃料箱壳体钢板发生较小的变形 在火焰直 接加热的区域尤其是焊缝周围的变形最为明显 裂纹产生原因 经过认真的研究分析 环形裂纹的产生和钎焊的焊接工艺 钎料和钎剂的选择关系并不大 焊接前燃料箱壳体与铜管均已 清洗到位 钎焊接头的间隙大小设置合理 钎料 钎剂的选材 与用量都适当 且有效利用了钎料的润湿作用 钎剂的去膜作 用 避免了填隙不良 钎缝气孔 钎缝夹渣及钎料流失等常见 钎焊缺陷 究其裂纹产生的根本原因 主要是因为料箱壳体钢 板较薄 刚度较小 抵抗变形的能力较差 在火焰钎焊时受到 比较严重的加热 在冷却后发生了变形 同时燃料箱壳体与铜 管的热膨胀系数不同导致冷却过程中形成的内应力过大 再加 上钎料组元扩散到燃料箱壳体的晶粒边界 进而使得晶界发脆 最终导致裂纹的产生 故而可以考虑增加燃料箱壳体钢板的厚 度或强度来提高抵抗变形的能力 改进方法 为了找寻有效改进方案 将燃料箱壳体局部进行重新设计 分别对以下 3 个方案进行对比研究 将原设计钻小孔的方案改为冲带 2 0mm 高翻边的小孔 在 的基础上给燃料箱壳体上以所述小孔为中心冲压 增加一个直径 20 0mm 深 2 0mm 的下凹加强形状 将原设计钻直径 10 15mm 小孔的方案改为钻直径 10 5mm 的小孔 并在燃料箱壳体上以所述小孔为中心先采用电 阻点焊增加一个外径 40 0mm 厚 1 5mm 内孔径 10 15mm 的 加强钢板 首先 通过 cae 软件对原设计方案及上述 3 种燃料箱壳体 钎焊铜管后的方案进行模拟受力分析 固定约束燃料箱壳体的 边缘 沿铜管的轴向给铜管施加 100n 的推力 结果发现原设计 方案与改进方案 在钎缝处燃料箱壳体的应变量分 别约为 35 28 20 11 cae 模拟分析结果表明 结构 设计上适当改变燃料箱壳体的局部形状或加强其局部厚度 都 能使刚度得到提高 抵抗变形的能力也明显上升 其次 重新采用火焰钎焊 分别按改进方案 各做 10 组样件将燃料箱壳体和铜管连在一起 焊接之后做检查 发现方案 仍然有 2 个燃料箱在钎缝处有泄漏 金相检查发现 局部有裂纹 方案 和 虽然未发现泄漏 但金相结果方案 明显不如方案 最后 综合方案 和 对该款燃料箱壳体的局部做了改进 设计 在经过相关试验验证后投入大批量生产