本文在介紹釬焊的基礎(chǔ)上分析了釬焊的應(yīng)用特點，并以薄鋼板與銅管火焰釬焊為例，指明了釬焊過程中產(chǎn)生裂紋的原因，提出了消除此種現(xiàn)象的方法。
    釬焊是一種有著久遠(yuǎn)歷史的焊接方法，我國早在青銅器時代就已經(jīng)出現(xiàn)了采用釬焊進行連接的物件，它的原理是采用熔點比母材低的金屬原料作為釬料，當(dāng)材料被加熱之后，用液態(tài)釬料潤濕母材和填充工件接口間隙、并使釬料與母材相互擴散從而實現(xiàn)連接焊接。從宏觀上來講釬焊過程中母材金屬不熔化，但是從微觀上來看，在液態(tài)釬料和固態(tài)母材之間發(fā)生母材向釬料中溶解和釬料向母材擴散的相互擴散反應(yīng)，即存在母材表面的微區(qū)熔化。而且在釬焊時，液態(tài)釬料依靠毛細(xì)作用在釬縫間流動，這種液態(tài)釬料對母材金屬的浸潤和附著的能力被稱之為潤濕性。潤濕性越好則毛細(xì)作用越強，填縫也會更充分。
    釬焊的應(yīng)用特點
    釬焊加熱的溫度并不高，接頭光滑美觀，組織和機械性能變化比較小，工件的尺寸比較精確，能夠焊接不同種的金屬和不同種的材料；釬焊的過程比較簡單，設(shè)備也不復(fù)雜，生產(chǎn)成本費用較低；有的釬焊方法能夠同時焊多焊件、多接頭等，因而生產(chǎn)效率比較高。不過，釬焊接頭的強度比較低、耐熱性較差，對焊前的清洗要求比較嚴(yán)格且釬料價格昂貴。正是因為上述特點，在進行動載機、普通鋼結(jié)構(gòu)以及重載機的焊接時釬焊不實用，而在機械、儀表等部門得到了廣泛的應(yīng)用。
    釬焊過程和裂紋的產(chǎn)生
    本文以氧乙炔火焰在處理釬焊銅管和薄鋼板時出現(xiàn)裂痕的情況為例，當(dāng)給某一款摩托車的燃料箱殼體與通氣管進行焊接加工時，燃料箱殼體材料使用上海寶鋼生產(chǎn)的DC04鍍鋅鎳鋼板、基本厚度為0.8mm，通氣管材料使用外徑為10mm、厚度1.5mm的銅管，需要在燃料箱殼體上鉆一個直徑為10.15mm的小孔，然后將銅管插入該孔內(nèi)進行火焰釬焊，焊接完成后要求給燃料箱內(nèi)部施加0.05MPa的空氣壓力并保持90秒，燃料箱不能有泄漏故障。
    在釬焊的過程中，只有在釬料熔化成液體材料后才能充分的填充母材的釬縫并潤濕母材的外表面，因此釬料和母材的成份對潤濕能力的影響作用甚大。為了控制釬焊生產(chǎn)成本，釬料選用102的48%銅鋅焊料，釬劑選用硼砂。首先將清理完表面氧化物的燃料箱殼體與銅管裝配定位，利用碳化焰的外焰對釬縫周邊進行局部加熱，此時焰心距離釬縫的距離保持在15到20mm范圍內(nèi)，再將釬劑涂到釬縫處并利用外焰持續(xù)加熱直至其完全熔化后，立刻使釬料熔化進入到釬縫中，并將釬縫到火焰焰心的間距增加到35 至40mm以避免釬料過于灼熱。鑒于過高的釬焊溫度可能導(dǎo)致銅管與燃料箱殼體出現(xiàn)過燒的現(xiàn)象，所以在此選擇釬焊溫度比銅管的熔點高30到40攝氏度。根據(jù)燃料箱大批量生產(chǎn)的工藝要求，在釬焊過程完成后選擇自然冷卻，并用鋼絲電刷打磨清理釬劑殘渣。最后給燃料箱內(nèi)部加壓檢查，發(fā)現(xiàn)釬縫處有泄漏，取樣做金相檢查發(fā)現(xiàn)有環(huán)形的裂紋。
    進一步選用釬料為103的54%銅鋅焊料，釬劑為60%硼砂和40%硼酸進行重新釬焊，釬焊完成后仍有環(huán)形裂紋出現(xiàn)。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，焊后燃料箱殼體鋼板發(fā)生較小的變形，在火焰直接加熱的區(qū)域尤其是焊縫周圍的變形最為明顯。
    裂紋產(chǎn)生原因
    經(jīng)過認(rèn)真的研究分析，環(huán)形裂紋的產(chǎn)生和釬焊的焊接工藝、釬料和釬劑的選擇關(guān)系并不大。焊接前燃料箱殼體與銅管均已清洗到位，釬焊接頭的間隙大小設(shè)置合理，釬料、釬劑的選材與用量都適當(dāng)，且有效利用了釬料的潤濕作用、釬劑的去膜作用，避免了填隙不良、釬縫氣孔、釬縫夾渣及釬料流失等常見釬焊缺陷。究其裂紋產(chǎn)生的根本原因，主要是因為料箱殼體鋼板較薄、剛度較小、抵抗變形的能力較差，在火焰釬焊時受到比較嚴(yán)重的加熱，在冷卻后發(fā)生了變形，同時燃料箱殼體與銅管的熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致冷卻過程中形成的內(nèi)應(yīng)力過大，再加上釬料組元擴散到燃料箱殼體的晶粒邊界，進而使得晶界發(fā)脆，最終導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。故而可以考慮增加燃料箱殼體鋼板的厚度或強度來提高抵抗變形的能力。
    改進方法
    為了找尋有效改進方案，將燃料箱殼體局部進行重新設(shè)計，分別對以下3個方案進行對比研究：
    ①.將原設(shè)計鉆小孔的方案改為沖帶2.0mm高翻邊的小孔；
    ②.在①的基礎(chǔ)上給燃料箱殼體上以所述小孔為中心沖壓增加一個直徑20.0mm、深2.0mm的下凹加強形狀；
    ③.將原設(shè)計鉆直徑10.15mm小孔的方案改為鉆直徑10.5mm的小孔、并在燃料箱殼體上以所述小孔為中心先采用電阻點焊增加一個外徑40.0mm、厚1.5mm、內(nèi)孔徑10.15mm的加強鋼板。
    首先，通過CAE軟件對原設(shè)計方案及上述3種燃料箱殼體釬焊銅管后的方案進行模擬受力分析，固定約束燃料箱殼體的邊緣，沿銅管的軸向給銅管施加100N的推力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原設(shè)計方案與改進方案①、②、③在釬縫處燃料箱殼體的應(yīng)變量分別約為35%、28%、20%、11%。CAE模擬分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)設(shè)計上適當(dāng)改變?nèi)剂舷錃んw的局部形狀或加強其局部厚度，都能使剛度得到提高，抵抗變形的能力也明顯上升。
    其次，重新采用火焰釬焊，分別按改進方案①、②、③各做10組樣件將燃料箱殼體和銅管連在一起，焊接之后做檢查發(fā)現(xiàn)方案①仍然有2個燃料箱在釬縫處有泄漏，金相檢查發(fā)現(xiàn)局部有裂紋；方案②和③雖然未發(fā)現(xiàn)泄漏，但金相結(jié)果方案②明顯不如方案③。
    最后，綜合方案②和③對該款燃料箱殼體的局部做了改進設(shè)計，在經(jīng)過相關(guān)試驗驗證后投入大批量生產(chǎn)，至今已生產(chǎn)超過80萬件，尚未發(fā)生燃料箱在釬縫處泄漏的故障現(xiàn)象。

    因為不同的母材擁有不同的熱膨脹系數(shù)，所以冷卻時可能出現(xiàn)應(yīng)力較大的現(xiàn)象，進而使釬縫發(fā)生開裂，所以在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計上適當(dāng)加強母材的局部強度及厚度，都有助于防止裂紋的產(chǎn)生。