KK-200铝合金散热器真空钎焊工艺研究

                                                          张秀文 

摘要：本文介绍了KK-200铝合金散热器产品的零件清洗、芯体组件的装配、钎焊等工艺过程。该产品是一种特殊结构的铝制板翅式换热器，具有紧凑度高，重量轻、传热效果好等优点，但是该产品芯体组件的真空钎焊一次焊接合格率低，只能达到30%。为了提高真空钎焊的一次合格率，通过多次试验，制订了特殊的零件前处理工艺、装配工艺和钎焊工艺，最终将芯体组件的一次焊接合格率提高到了89%。

Abstract:This paper introduces the process of parts cleaning, assembly of core and svacuum brazing of the KK-200 aluminum alloy radiator. The product is a special kind of aluminum plate fin heat exchanger, Have advantages of high compactness, light weight, good heat transfer effect, etc., However, the vacuum brazing of the core component of the product is low at one time and can only reach thirty pesent. In order to improve the first pass rate of vacuum brazing, through repeated testing, developed a special part of pretreatment, the assembly process and the brazing process, will eventually be the core component of a qualified rate increased to eighty-nine pesent.
关键词: 铝合金 ；真空钎焊； 超声波清洗； 焊接工艺
0引言
KK-200铝合金散热器是一种特殊结构的铝制板翅式换热器，该产品具有紧凑度高，重量轻、传热效果好等优点，但是该产品芯体组件的真空钎焊一次焊接合格率低，只能达到30%。为了提高真空钎焊的一次合格率，通过多次试验，制订了特殊的零件前处理工艺、装配工艺和钎焊工艺，最终将芯体组件的一次焊接合格率提高到了89%。
1 KK-200铝合金散热器的结构特点
1.1 封条的钎焊面小
一般铝制板翅式换热器封条的钎焊面宽度为4mm-8mm，而本产品的封条的钎焊面宽度只有2.5mm，远远小于常规封条的钎焊面宽度如图1。钎焊面宽度的减少，直接减少了钎焊缝的宽度，对钎焊工艺要求更加苛刻。

图1常规封条截面图和该产品封条界面图
1.2 封条的结构复杂
常规封条的结构一般为长条状结构，该产品的封条结构为梯形。增加了产品的工装复杂程度和装配难度。图2为常规封条的结构示意图，图3为该产品封条的结构示意图。

图2 常规封条结构示意图

图3 该产品封条结构示意图

1.3 冷边翅片厚度薄
常规产品的翅片厚度一般为0.15mm-0.3mm,该产品的翅片厚度只有0.1mm，不但增加了翅片冲制难度，更主要是增加了钎焊难度。对钎焊温度控制精度和钎焊时间要求更精准。钎焊温度稍高或者保温时间稍长，就会造成翅片熔蚀，钎焊温度稍低或者保温时间稍短会造成钎焊缝内部缺陷（气孔，未焊透等）。
2.零件清洗工艺
2.1零件采用超声波清洗工艺
2.1.1超声波清洗机理
超声波清洗的原理是由超声波发生器发出的高频震荡信号，通过换能器转换成高频机械震荡而传播到介质（清洗溶液）中，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计个微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅闭合。在这种被称之为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000个大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就像一连串小“爆炸”不断地冲击物体表面，使物体的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物体表面净化的目的。
2.1.2超声波清晰的特点
2.1.2.1清洗彻底
清洗液容易渗透到清洗的金属工件的各个部分，即使是缝隙，孔眼，回槽等部分能清洗到。
2.1.2.2环保、无污染
清洗液可以回收过滤重新利用，不会像酸碱清洗那样对人体及环境造成危害。
3.1.2.3产品清洗质量稳定
零件清洗过程中，全程实现自动化控制，只需输入相关参数，设备自动完成整个清洗过程，不受人为因素影响。
2.1.3该产品零件的清洗工艺参数
2.1.3.1超声波气相蒸浴槽内部的蒸汽PH值严格控制在5-8之间.
2.1.3.2气相蒸浴槽内部的蒸汽温度严格控制在90℃～93℃之间.
2.1.3.3翅片清洗时间按3分钟设定，隔板和封条按2分钟清洗时间设定。
3.芯体装配
3.1 装配应在无尘的装配间进行，装配夹具（专用夹具）、垫板及配重块应进行去氧化皮处理。
3.2装配间湿度控制在，温度控制在
3.3装配人员须带细沙手套，不得裸手接触零件。
3.4 装配高度达到理论值后，校正平面度、对角线偏差，然后用力矩扳手拧紧上下夹具板。
4.真空钎焊
4.1 真空钎焊焊接原理
在真空环境下，当钎焊温度低于基材的熔点同时高于钎料的熔点时，钎料熔化，融化的钎料通过毛细浸润作用进入并铺展到零件间的间隙内。当钎焊温度降低时，钎料凝固，通过凝固的钎料将零件钎焊到一起。
4.2 钎料的成分
钎料是附着在金属板两面的包覆层，其包覆层厚度应控制在0.1mm-0.4mm之间，其成分为Al-Si-Mg合金，钎料的化学成分符合表1的规定。
表1
牌号 合金元素质量百分比，% 备注
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti 杂质 Al
单个 合计
4004 9.0-10.5 0.8 0.25 0.10 1.0-2.0 - - 0.20 - 0.05 0.15 余量 包覆层
牌号 合金元素质量百分比，% 备注
Si Fe Cu Mn Mg Cr Ni Zn Ti 杂质 Al
单个 合计
4004 9.0-10.5 0.8 0.25 0.10 1.0-2.0 - - 0.20 - 0.05 0.15 余量 包覆层
4.3 真空钎焊
真空钎焊工艺参数主要包括真空度、加热速度，钎焊温度、保温时间及冷却速度。该产品真空钎焊温度——时间工艺曲线图如图4所示（图中未示出真空度变化）。

图4 真空钎焊温度——时间工艺曲线图

a)真空度
钎焊加热前，先抽真空，真空度不得低于4×10-2Pa，开始加热。
b)加热方式
采用阶梯升温方式，当温度升到500℃左右，保温并保证工件受热均匀（炉温均匀性≤±3℃）然后继续加热升温至钎焊温度，保温钎焊。
c)钎焊温度
主要依据钎焊情况，一般高于液相线温度25-50℃，低于此温度，钎料虽然已经融化，但固态结晶还未彻底彻底解体，流动性差；温度过高，由于3A21液相线温度是654℃，会产生过烧，甚至融化，另外，母材和钎料还可能产生熔蚀。
d)保温时间
保温时间主要依据结构的复杂程度而定，既要保证钎料在焊缝中能充分润湿，也要保证不会产生溶蚀等缺陷。
e)冷却速度
f)冷却速度对钎焊质量也有影响，冷却过快容易产生应力，甚至可能使接头产生裂纹，过慢又会产生晶粒长大，所以，一般情况随炉冷却。
）出炉
g)当炉温降至200℃后，打开炉门，取出工件，空冷至室温。
5 效果及结论
5.1出炉效果
外观检查：产品表面铮亮、无发黑现象，焊缝饱满，钎焊角圆润，无表面气孔、脱焊等缺陷
5.2气密试验
产品内腔通入2.6MPa（表压）的空气在水中做气密试验，保持5min未发现漏气现象。
6结论
实验证明，本KK-200铝合金散热器真空钎焊工艺合理，焊缝抗拉强度高，承压能力强，能够指导该产品批量生产。

参考文献：
（1）胡刚 ，康慧。铝合金真空钎焊的发展 《焊接技术》2001.30.1-3
（2）邹 钎焊 北京 机械工业出版社 1989
（3）薛松柏 顾文华 前喊技术问答 北京 机械工业出版社 2007
（4）阎晓明 铝合金高频器件真空钎焊工艺航天工艺1995（1）：26-28