H62铜合金器件Ag－Cu－Zn液相扩散连接方法

摘要

本发明涉及一种H62铜合金器件Ag－Cu－Zn液相扩散连接方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.工件焊前除杂处理；步骤2.中间层制备：在铜合金表面采用电镀方式预置厚度为4－10μm的Ag镀层；步骤3.焊接工艺：将待连接工件组按照要求的接头方式放置到钎焊炉中，采用高纯惰性气体保护，并在试样上方施加配重块，在不超过Ag－Cu共晶的温度下加热保温，关闭加热，试样随炉冷却至200℃以下取出试样，在空气中冷却至室温，即完成连接。本发明的实现，有效的解决了铜合金精密构件的连接，器件焊接变形≤0.02mm，焊缝圆角R≤0.1mm，焊缝综合性能优异。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜合金器件的瞬时液相扩散连接技术，尤其涉及到一种H62铜合金器件Ag-Cu-Zn液相扩散连接方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展，对雷达的性能要求进一步提升，要求雷达能实现精密跟踪目标；能进行精细的距离-多普勒成像和目标识别；能测量复杂目标的结构；有利于观察空间“碎片”类小尺寸目标，从而有利于跟踪航天器轨道行踪及确保航天器安全。毫米波雷达优点明显：可以实现超低空探测和精密跟踪目标，具有频带宽、分辨力高、抗干扰能力强、系统体积小、重量轻等一系列优点，高的角分辨率与高的角度测量精度；用较小的天线物理孔径即可获得高的天线增益；在毫米波段能获得很宽的信号带宽；增大了回波信号的多普勒带宽；能进行精细的距离-多普勒成像和目标识别；能测量复杂目标的结构；有利于观察空间“碎片”类小尺寸目标。

毫米波雷达器件一般采用铜合金，尤其是H62黄铜由于良好的加工性能而得到了广泛的应用。该器件尺寸要求精度极高，一般要求腔体变形不超过±0.02mm，钎缝圆角R＜0.3mm。

传统钎焊连接技术由于部分器件结构复杂，放置钎料困难，并且圆角尺寸不易控制，已无法完全满足器件要求；

扩散焊需要精确控制压力，连接效率低，并且小变形率时无法实现大面积焊合。

熔化焊接方法根本无法实现这种复杂结构件的有效连接。

瞬时液相扩散连接方法，在母材间加入中间层，在低于母材熔点的温度下进行保温，利用中间层与母材发生共晶反应在连接界面上形成一定数量的液相，同时由于液相的作用使扩散加速，液相中降低熔点的元素迅速向基体扩散，使得结合界面化学成分明显改变，相平衡中的液相减少，导致在一定温度下保温一段时间结合界面实现等温凝固。经过等温凝固、固相成分均匀化，最后得到与母材化学成分和组织均匀一致的接头并获得连续的接合面组织，一种新型的精密连接技术，具有变形小、连接温度低、残余应力小、接头强度高等优点。而传统的铜合金器件的瞬时液相扩散连接技术，多利用Ag-Cu二元共晶，该共晶温度高，液相量大，圆角尺寸不易控制。如果能找到新的共晶体系，实现铜合金瞬时液相扩散连接的圆角和尺寸控制，必将大力推动铜合金精密构件的应用。

发明内容

1、本发明所要解决的技术问题：

为了克服现有H62铜合金精密构件焊接技术存在的问题，本发明提供了一种综合性能好、钎缝组织致密(焊合率可达到95％以上)、连接强度高，圆角尺寸小的工艺及方法。

2、技术方案：

本发明是通过以下步骤：

步骤1.工件焊前除杂处理；

步骤2.中间层制备：在铜合金表面采用电镀方式预置厚度为4-10μm的Ag镀层；

步骤3.焊接工艺：将待连接工件组按照要求的接头方式放置到钎焊炉中，采用高纯惰性气体保护，并在试样上方施加配重块，在不超过Ag-Cu共晶的温度下加热保温，关闭加热，试样随炉冷却至200℃以下取出试样，在空气中冷却至室温，即完成连接。

所述的步骤1.工件焊前除杂处理为将加工成型后的铜合金部件表面经过机械加工，并在丙酮中进行超声清洗去除油污等杂质。

步骤3中所述的配重块，一般以提供连接面0.02MPa压力的重量为准则。

步骤3中所述的在不超过Ag-Cu共晶的温度为760～780℃温区内任意温度，进行保温的时间为45-60min。

步骤3中所述的高纯惰性气体的纯度为99.999％。

3、有益效果：

本发明的实现，有效的解决了铜合金精密构件的连接，器件焊接变形≤0.02mm，焊缝圆角R≤0.1mm，焊缝综合性能优异。

附图说明

图1为H62铜合金器件Ag-Cu-Zn液相扩散连接焊缝组织照片。

具体实施方式

H62铜合金的连接采用炉中钎焊，在高纯惰性气体保护环境下进行连接以抑制铜合金母材中Zn的挥发，其核心技术为采用Ag作为中间层，利用扩散形成的Ag-Cu-Zn三元共晶体作为液相来填充焊缝。本发明中是将中间层Ag放置在待连接材料连接表面之间；在不超过Ag-Cu共晶的温度(780℃)下加热保温，中间层及母材元素相互扩散，由于达到Ag-Cu-Zn三元共晶浓度而液化，从而形成一层薄的液相中间层；液体填充待连接材料表面之间的空间，随着溶质原子向母材中继续扩散，发生等温凝固；等温凝固结束后，没有残留液相存在的痕迹，形成了和母材成分基本相似的连接接头。

本发明主要优点及可以达到的技术性能指标如下：

(1)由于中间层采用电镀形式施加，中间层厚度均匀。避免了手工涂抹钎料的不均匀缺点，焊接成型美观。

(2)连接过程中压力极小，连接温度低。母材变形极小，焊接精度高，适合于高精度构件的连接。

(3)该方法适用的接头形式多样，可以采用对接、搭接、T型接头等任意形式。

(4)可以达到的性能指标：

接头钎透率(焊合率)：≥95％

接头抗剪强度：≥90MPa

圆角尺寸：R＜0.1mm

具体实施方式：

本发明是通过以下步骤实现的：

步骤1.工件焊前除杂处理：将加工成型后的铜合金部件表面经过机械加工，并在丙酮中进行超声清洗去除油污等杂质。

步骤2.中间层制备：首先在铜合金表面采用电镀方式预置厚度为4-10μm的Ag镀层。

步骤3.焊接工艺：将待连接工件组按照要求的接头方式放置到钎焊炉中，采用高纯惰性气体保护，并在试样上方施加配重块，以实现连接过程中表面的可物理接触，配重块重量需要跟据钎焊接头面积来确定，一般以提供连接面0.02MPa压力的重量为准则。加热工件至760～780℃温区内(任意温度)，进行保温45-60min。关闭加热，试样随炉冷却至200℃以下取出试样，在空气中冷却至室温，即完成连接。

本实施方式所述连接环境的具体要求为：99.999％的高纯氩气保护。

下面以采用Ag-Cu-Zn三元共晶作为瞬时液相焊接H62铜合金器件为例，对本发明做进一步说明。

实施例1：H62黄铜构件瞬时液相扩散连接

将预焊器件的部件先镀银，镀层厚度在6μm，焊接温度780℃，99.999％的高纯氩气保护，压力0.02MPa，焊接保温时间45min，产品焊缝组织照片如图1所示，器件尺寸及钎缝圆角检测均满足要求。

实施例2：H62黄铜构件瞬时液相扩散连接

将预焊器件的部件先镀银，镀层厚度在10μm，焊接温度760℃，99.999％的高纯氩气保护，压力0.02MPa，焊接保温时间60min，器件尺寸及钎缝圆角检测均满足要求。