焊接温度和时间对铝真空钎焊的影响
摘要：近年来真空钎焊技术快速发展，用途最广泛的铝合金真空钎焊产品也越来越普及。本文介通过剖析焊接过程讲述焊接温度和时间对铝合金真空钎焊的影响，从而加强对真空钎焊的认识，提高焊接质量。
关键词：焊接温度；时间；母材；钎料
铝合金真空钎焊是指在高真空环境下，低于铝合金焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态焊件的缝隙并与之形成金属结合而使焊件连接的焊接方法。想要获得优质的焊接接头，需要钎料完全熔化、液态钎料填满全部钎缝间隙的情况下，液体钎料与母材充分地相互作用。显然，其中包括两个过程：一是钎料熔化、液态钎料润湿铺展并填满钎缝，二是钎料同焊件相互作用的过程。焊接温度和时间对分别对这两个过程起到了决定性的作用。
1.焊接温度对钎料填充的影响
众所周知，毛细作用是因液体对毛细管的浸润或不浸润能力而使液体在毛细管内升高或降低的现象。而在实际钎焊过程中，钎缝是两片母材夹成的大面积间隙，且常常是水平放置的，虽然不像毛细管一样细长且竖立，但是钎缝间的间隙是十分小的，钎焊时，液态钎料是依靠毛细作用在钎缝间隙中进行填缝。因此钎料能否填满钎缝取决于钎料对焊件的毛细作用。虽然高温下钎料的行为比较复杂，但仍可以把毛细作用推广到间隙很小的钎缝间液体钎料的填充情况。
如图1所示，我们可以把毛细管中液柱的爬升力定性的看成是液态钎料在间隙中向前流动的驱动力。那么可以得出，钎焊时母材间隙越小、润湿能力越强，驱动力则越大，则越有利于液态钎料在母材间隙中的流动、铺展。
图1 液体在平面间隙中的湿润
温度是影响钎料润湿性的重要因素。温度与液体的表面张力呈线性关系，
其关系如下：
式中 ρ——液体密度、 K——常熟，等于2.12
T0——表面张力为零时的临界温度 τ——常熟，约6～9
由上式可以看出，液体表面张力随温度的升高而线性下降，有利于提高钎料的润湿性。其实随温度的升高，液态钎料与母材的界面张力在降低，对提高钎料的润湿性也起到了较大的作用。
为了保证钎料熔化且能够填满钎缝间隙，选择合适的焊接温度至关重要。温度过低，钎料不能填满钎缝间隙，甚至钎料不能全部融化。但是并不是温度越高越好，温度过高，钎料具有太强的润湿性，往往会造成过度流失，还会引起母材晶粒长大、溶蚀的现象，从而降低焊接质量。
2.保温时间对钎料与母材相互作用的影响
达到焊接温度后，保证足够的时间让钎料填充钎缝、扩散、合金化作用是至关重要的。保温时间要长短合适。时间过短，焊缝不饱满圆滑甚至钎料不完全融化；时间过长，则出现钎料漫流或漏焊。而适当的延长保温时间，有时会使钎焊接头组织均匀化而增加接头的强度。
以我单位常用的使用4001钎料钎焊3A21铝合金为例。该钎料的主组元和母材相同，而其他组元在母材中有不大的固溶度，适宜延长保温时间。钎料的熔化温度为577℃，钎焊温度为600℃，我们取4组试件分别在焊接温度为600℃下做不延长保温时间和延长保温1min、3min、7min后，钎缝的金相分别如图2-图5所示。可以看出，随着时间的延长，熔态共晶钎料沿晶界的渗入而深化，钎缝弥散变宽，共晶硅倾向集聚成较大晶粒。保温7min后，共晶硅几乎全部消失，钎缝组织中只剩下不连续的硅晶粒，金相意义上的钎缝实际已不存在。这种现象的产生是因为Si在Al中600℃时的固溶度＜1％（质量分数），钎料中的Si不可能全部固溶入Al内形成固溶体。此时小的晶粒形成固溶体，较大的晶粒进一步沉积长大。很明显，图5中结构的接头的各性能要优于图2的。
图2 未保温
图3 保温1min
图4 保温3min
图5 保温7min
同时，母材和钎料之间形成的金属间化合物经过保温处理也会减少甚至消失，从而提高接头强度。
3.总结
焊接温度和时间是真空钎焊的两个最重要的参数。它需要去理解钎焊过程，去根据母材和钎料特性、产品结构、工装夹具、设备性能等因素综合考虑。能够设置合理的温度和时间，就能够有效保证焊接质量，这也是我们必须要去学习和积累的能力。
参考文献
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