2020年第21期
真空钎焊是在真空条件下对已经装配好的组装件进行加热，利用真空条件下一系列的物理化学反应，实现去膜和润湿，形成钎焊件的一种高质量的连接工艺方法。3A21铝合金真空钎焊产品应用范围广，种类多，不同的钎焊产品需要不同的真空焊接工艺。由于真空钎焊工艺过程较为复杂，影响钎焊接头质量的工艺参数众多，真空钎焊工艺的正确性和合理性必须通过相应的试验加以验证，确保制定的真空钎焊工艺正确应用于生产。 1 确定焊接工艺要素的意义
由焊接工艺评定规则可知，焊接工艺要素是焊接工艺评定的重要内容，当焊接工艺要素改变时就应重新进行焊接工艺评定。因此，分析确定3A21铝合金真空钎焊的哪些焊接工艺因素是焊接工艺要素就成为3A21铝合金真空钎焊工艺评定的必要前提。明确焊接工艺要素就可以避免每个工艺因素改变都要进行工艺评定，减少不必要的浪费。
2 焊接工艺要素的分析
根据焊接工艺评定规则，结合3A21铝合金真空钎焊工艺的具体情况，把影响真空钎焊接头力学性能的焊接工艺因素定为焊接工艺要素，对接头力学性能无明显影响的工艺因素定为次要因素。3A21铝合金真空
钎焊焊接工艺一般分为钎焊件的焊前表面处理、零件的组装与焊料的添加、钎焊热循环三个步骤。下面分别就钎焊工艺中各个因素对钎焊接头强度的影响进行分析，进而确定3A21铝合金真空钎焊工艺要素。
2.1 钎焊件的焊前表面处理
钎焊件的焊前表面处理包括零件油污和有机物的去除、铝表面氧化膜的去除、表面处理后的保存。
①表面油污和有机物的去除。零件上的油污和有机物在加热时会释放气体，并可能在零件表面留下残留物，从而影响真空钎焊时钎料的润湿。去除方法主要有有机溶剂清洗、水基去油溶液化学清洗和电化学脱脂等。无论哪种方法去除油污和有机物都是为了避免影响钎料对母材润湿，进而避免影响钎焊接头的强度，因此去除方法的改变为次要因素。 ②铝表面氧化膜的去除。去除氧化膜的方法有机械清理法、物理清除法和化学去除法。机械方法是采用锉刀、砂纸、砂轮等方法清理表面氧化膜；物理清除法如超声波清洗等物理清理方法；化学去除是采用酸洗和碱洗的方法去除表面氧化膜。去除氧化膜和去除油污一样，方法的改变不会对钎焊接头强度造成影响，属于次要因素。
③表面处理后的保存。铝合金表面极易被氧化，因此经过表面处理后的零件要尽量缩短存放时间尽快
进行钎焊。存放时间过长或保存不当会造成铝合金零件的再次污染和氧化膜的生成，需要再次进行表面处理，不会影响最终的钎焊效果。保存方法属于次要因素。
2.2零件的组装与焊料的添加
①工装夹具的设计、零件的定位与固定。零件的装配关系包括定位和固定。定位方法主要有孔轴配合定位、定位销定位和定位块定位；固定主要靠重力、螺钉、弹簧夹、点焊进行固定。工装夹具主要用来对零件进行支持、固定、夹紧，从而保证零件间正确的位置关系、合适的钎焊间隙，防止零件变形。无论哪种定位和固定方法和采用哪种工装夹具，只要保证组焊件间的位置关系正确、钎焊间隙合理，就不会对钎焊接头强度产生影响，因此属于次要因素。
②接头形式。钎焊接头形式会影响钎焊件载荷的分布，当接头形式发生变化，钎焊焊缝处所受应力也会随之改变，钎焊接头的力学性能必然受到影响。因此属于焊接工艺要素。
③钎焊间隙。真空钎焊主要依靠钎料在组焊件间的间隙进行毛细作用进行填充润湿。当钎焊间隙变小时，钎料流入困难，会造成钎焊焊缝未钎透，使钎焊接头强度下降；钎焊间隙变大，融化的焊料毛细作用减弱，使钎料不能很好地填满间隙，接头处组织合金化作用减弱，导致接头力学性能下降。但是，在不影响钎料填充的条件下，钎焊间隙越小越好。因此，钎焊间隙属于真空钎焊焊接工艺要素。
④钎料的预置。钎料的预置应尽可能利用重力作用和钎焊间隙的毛细作用进行钎料的填缝；应保证钎焊过程中钎焊焊缝内的气体排出；钎料的填缝路程最短且尽量分散均匀；避免对母材产生明显溶蚀和钎料堆积。在保证上述条件下，无论钎料采用哪种方式添加，都不会影响钎焊接头质量，因此属于次要因素。
2.3 钎焊热循环
钎焊热循环是指3A21铝合金在真空钎焊炉中钎焊的过程，涉及的主要参数有真空度、升温速率、稳定温度及其保温时间、钎焊温度及其保温时间、冷却速度等。
3A21铝合金真空钎焊工艺的工艺要素确定
李 恒 肖云星
（江苏自动化研究所 江苏 连云港 222000）
摘 要：分析3A21铝合金真空钎焊工艺中各因素对真空钎焊焊接质量的影响，确定接头形式、钎焊间隙、真空度、升温速率、稳定温度及其保温时间、钎焊温度及其保温时间为3A21铝合金真空钎焊焊接工艺要素。当上述要素改变时，需要重新
真空回流炉
对焊接工艺进行评定。
关键词：3A21铝合金；真空钎焊；工艺要素
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内进行分析，可以直接反应电机的速度波动情况，然后对速度信号依次进行傅立叶分析和小波分析，定位振动产生的原因。将电机适配两种编码器采集到的实际速度数据进行傅立叶分析，分析结果如图2所示。提取图2中波形的主要频率，列表如表1所示。
表1 频域－反馈速度对比表
①两种电机在62.5Hz 频率处，振幅很明显，这是由于齿槽效应引起的，具体原因如下：62.5Hz 正好是转速的60倍，电机定子为6对级，转子为5对级，对应的齿槽数为60，说明电机转一圈会存在60个波动点；②23位编码器电机的振幅整体比17位编码器电机的小，尤其在300Hz 以下23位编码器振幅约为17位电机的50%，因此减小电机的低频振动可以有效提高加工效果；③对应的振动频率大都是转速的
整数倍，根据电机相关知识，62.5Hz 以下主要是由电机定子内圆和转子外圆、磁钢充磁、安装误差造成，因此电机的制造工艺和装配工艺需要进行改进。
由小波分析可以得出如下结论：①23位编码器电机速度波动比17位电机更加具有周期性；②在300Hz ～500Hz 区间，23位编码器电机比17位电机的一致性更好，波形呈现明显的周期性变化性；③在100Hz 以下，两种编码器电机在低频数据都有突增的奇异点，可能是由于机床本身的装配精度导致。
4结语
综合以上分析可以得出如下结论：①提高电机编码器的分辨率可以对一定范围内的振动进行抑制，从而提高工件表面加工质量；②电机齿槽力对工件加工质量影响较大，提高编码器分辨率并不能完全抵消电机制造装配工艺的影响，电机的制造工艺需要进行改进；③结合时域分析、频域分析和小波分析能够帮助定位振动产生的原因，提高工程师解决故障的效率。参考文献：
[1]唐一科，蒋刘义，陈国聪.机床振动测试分析系统开发[J].重庆科技学院学报（自然科学版）,2011(2) .
[2]刘春时，孙伟，李小彭等.数控机床整机振动测试方法研究[J].中国工程机械学报,2009(3).
[3]孙孟琴，王洪臣.机床动态性能测试方法的研究[J].长春工程学院学报(自然科学版
),2015(4).
①真空度。3A21铝合金氧化膜会在高温高真空的环境下自行分解，铝合金真空钎焊一般在3×10-3Pa 真空度下进行。真空度降低，不仅铝合金无法有效冲破表面氧化膜，还可能增加氧化膜厚度；真空度提高，会使母材和钎料中蒸气压较高的元素大量挥发，改变钎焊接头的合金成分，进而影响钎焊接头的力学性能。因此，真空度属于焊接工艺要素。
②升温速率。组焊件的加热是依靠钎焊炉热源辐射进行的，提高升温速率就要提高热源的温度，这就容易引起组焊件内外的温度差，从而诱发变形、错位和内应力的产生，甚至导致零件开裂；相反，若升温速率过低，就会使母材晶粒长大、钎料元素挥发以及溶蚀等现象发生。升温速率的改变会导致上述不良问题的出现，因此升温速率属于焊接工艺要素。
③稳定温度及其保温时间。稳定温度及保温时间是指钎焊过程中加热到钎料固相线以下的温度，并在这一温度暂停加热保持一段时间。其目的是减少组焊件的温度差，保证组焊件间的温度均匀。延长保温时间会使母材晶粒长大、钎料元素挥发；缩短保温时间不能保证各组焊件间的温度均匀性，容易产
生内应力。增加或跳过稳定温度以及改变在稳定温度下的保温时间都会对钎焊产生影响，因此，稳定温度及其保温时间属于焊接工艺要素。
④钎焊温度及其保温时间。一般来说，3A21铝合金钎焊温度要高于钎料液相线温度30~100℃，这样可以使钎料的流动性和湿润性处于最佳状态。保温时间要保证钎料与母材相互扩散形成牢固结合。钎焊温度过高会导致钎料和母材高蒸气压元素挥发、母材晶粒长大，甚至出现过烧、溶蚀等问题，使钎焊接头性能下降；钎焊温度过低，钎料流动性变差甚至钎料未完全融化，会造成钎料没有完全铺展、焊缝不连续等问题。延长保温时间会导致溶蚀、晶间渗入及脆性化合物的形成；缩短保温时间又不利于钎焊焊缝中脆性相和低熔点共晶。当改变钎焊温度或钎焊温度下的保温时间会导致钎焊接头的性能变化，进而导致钎焊接头的力学性能，因此，钎焊温度及其保温时间属于焊接工艺要素。
⑤冷却速度。3A21铝合金一般采用随炉冷却或随炉冷却至一定温度后充入保护气体强制冷却。冷却速度不同会导致组焊件的变形量不同，对钎焊接头力学性能影响较小，因此属于次要因素。
3 结语
通过对3A21铝合金真空钎焊的工艺参数及焊接工艺对钎焊接头质量和力学性能的影响分析，初步确定接头形式、钎焊间隙、真空度、升温速率、稳定温度及其保温时间、钎焊温度及其保温时间作为3A21铝合金真空钎焊焊接工艺要素。当变更上述任一要素时都应按要求重新对焊接工艺进行评定。除上述
要素外，其余工艺参数的改变不需进行工艺评定，从而节省了大量人力物力。参考文献：
[1]张启运，庄鸿寿. 钎焊手册第3版[M].北京：机械工业出版社,2017.
[2]许彬，张颖，杨剑，刘建，王勇.铝合金电子机箱钎焊工艺研究[J].电子工艺技术.2018(4).
[3]王少清.加固机箱钎焊接头设计方法[J].电子机械工程,2009(3).
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