高强铝合金多层结构整体钎焊过程流场模拟研究(3)
1.2 高强铝合金的研究现状
1.3 高强铝合金的焊接方法
1.3.1 高强铝合金的焊接方法
焊接铝及铝合金，一般的方法主要以熔焊为基础。但是由于高强铝合金的物理和化学性质的关系，比如焊接变形大、热扩散快等，加上熔化焊的设备复杂，对焊工技术的要求高等原因，使变得比较困难。因此常用的焊接方式有MIG焊、TIG焊、激光焊、等离子弧焊、电子束焊、钎焊以及搅拌摩擦焊等等。其中钎焊的优势有应力应变小、工件尺寸精确、焊缝平滑等优点。尤其是真空铝钎焊，以其独特优良的工艺，无腐蚀，无污染，接头具有较佳的综合性能等优点，在民用、军用等工业部门尤其是在航天航空领域，获得了越来越广泛的运用[8]。
1.3.2 高强铝合金的焊接特性
高强铝合金的焊接会如下的一些特点：
（1）热裂纹倾向：铝的线膨胀系数很大，体积收缩率在凝固时很高，所以晶界的结合力较弱，固液状态下塑性很小，容易因较大的收缩应力而出现热裂纹。这是高强铝合金的关键焊接难点。
（2）焊接变形：在焊接热源作用下，膨胀状态下的焊接区材料，由于附近区域温度较低而受到限制，于是出现压应力。冷却时，高温区域受到附近的较低的温度限制不能同步收缩，其拉伸塑性应变小于挤压应变，导致工件产生较大的应力变形，最终影响接头精度和性能。
（3）接头软化：一般是指焊接后高强铝合金没能受到强化且强度降低。其中热影响区的软化最为明显，具体来说，特别是能量的热输入越大，会发生越严重的软化。软化现象导致的高强铝合金构件寿命缩短严重影响了其焊接与安全问题。
（4）气孔：一般认为，气孔的出现主要由于氢的存在。焊接过程中，熔池中的气泡上升的较慢，但是焊缝的凝固却较快，无法完全消除从而形成气孔。这不仅减弱了焊接处的气密性，还会使接头的性能大大降低[9]。
1.4 高强铝合金的真空钎焊
真空钎焊，是指在真空室内，将工件加热到一定的温度，确保钎料熔化而母材不熔化。钎料熔化后填充接头缝隙并相互扩散，最后完成工件的焊接。一般用于焊接高品质的产品和易被氧化的材料。20世纪40年代以后，随着世界航天航空事业的发展，真空钎焊的环保无污染、安全可靠、质量优良的特点备受大家的关注[10]。
1.4.1 真空铝钎焊原理 论文网
由于Al和O十分亲和，Al在空气中易被氧化，所以表面有一层致密的氧化膜Al2O3。由于它的化学性质十分稳定，很大的影响钎料的润湿作用。真空钎焊炉最大的特点是它的真空环境，吸附在材料表面的气体以及存在于材料内部的气体，如氢气氧气等都会随着真空加热而析出，但是仅仅这样是无法去除氧化膜的。一般认为可以通过Mg的触媒作用可达到去膜的目的。原理如下所示：
Mg + 1/2O2→ MgO (1)
Mg + H2O→ MgO + H2 (2)
Mg + 1/3Al2O3→ MgO + 2/3Al (3)
可以看出，Mg可以与氧气和水蒸气反应生成MgO和氢气，从而消除炉内剩余的有害气体。其次，也是最重要的，Mg能与铝合金表面的氧化膜Al2O3发生还原反应，生成 MgO和Al。但是实际结果显示，这些反应并没有完全消除表面的氧化膜。通过科学的猜测，Mg受到高温会产生的Mg蒸汽，这些蒸汽潜入氧化膜下，与铝合金中的Si结合形成铝硅镁合金。因为铝硅镁合金的熔点较低，它一受到加热便立即熔化，分离了氧化膜和铝合金。随着钎料开始熔化，液态钎料随着氧化膜和铝合金之间的缝隙渗入下去在铝合金表面铺展，最终将氧化膜浮起并挤压破裂掉[11]。
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