防止薄钢板与铜管火焰钎焊产生裂纹的研究.docx

防止薄钢板与铜管火焰钎焊产生裂纹的研究-1--3-防止薄钢板与铜管火焰钎焊产生裂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当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当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。在钎焊的过程当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范围以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。依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仔细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当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。改善方法为了找寻有效改善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：①.将原设计钻小孔的方案改为冲带2.0mm高翻边的小孔；②.在①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；③.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善方案①、②、③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善方案①、②、③各做10组样件将燃料箱