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真空钎焊1次合格率

作者:蔡东俊 人气:310216 日期:2019-5-3 19:33:11

 

 

真空钎焊1次合格率

说到铝真空钎焊首先要知道真空铝钎焊的机理和工艺特点
   铝合金真空钎焊时, 其产品表面的氧化膜影响液态钎料的湿润和流动。真空钎焊过程中, 如果不能有效地去除零部件表面的氧化膜, 就难以形成优质的钎焊接头。为了去除氧化膜和防止铝在真空钎焊过程中再形成氧化膜, 在钎料中加入少量的镁作为活化剂, 能够有效地促使零件表面氧化膜的破碎、离散, 液态钎料的湿润和铺展。铝合金的真空钎焊是一个复杂的过程, 它即包括物理变化也包括化学变化。由于氧化铝膜的线膨胀系数只有铝的线膨胀系数的三分之一左右。根据计算, 在温度高于400℃后, 热应力足以使氧化铝膜局部开裂, 露出纯净的铝表面。而钎料中的镁在550℃以上开始大量挥发。在真空钎焊炉的加热室内形成一种含镁的气氛, ?;ぢ冻龅穆帘砻娌辉傺趸?。另一方面通过氧化铝膜上的缝隙渗入铝合金表面, 形成合金, 局部熔化, 进一步掘进氧化膜。液态钎料在无氧化膜的新鲜表面上产生湿润和流动, 并在毛细力的作用下填充焊缝形成焊角。由以上叙述可知铝合金的真空钎焊必须在高真空状态下进行, 一般要在10-3Pa 数量级。若真空度低于10-3Pa, 则镁蒸发后立即与真空钎焊炉中微量的氧和水分纸子结合, 不能形成?;ば缘拿酒? 使刚露出来的新鲜铝表面又立即氧化, 如果不能去除氧化膜, 会造成液态钎料不能湿润和流动。对于散热器产品来说, 散热器产品由于表面积比较大, 吸附的气体量也很多, 在加热过程中会大量放气, 使真空度降低。为了保正真空钎焊炉的真空度, 因而必须选择有较大抽速的真空机组(抽空速率:大气至5.0×10-4Pa不大于30min。)Al-Si-Mg 钎料的熔点接近铝的熔点, 因而其钎焊温度范围很窄, 一般在595~615℃之间。而对于热交换器类结构来说一般尺寸都较大而空间分布上又很不平衡, 并且大都是薄壁材料, 因此对真空钎焊炉的加热区的温度均匀性要求很严, 一般不超过±3℃(空炉、九点测温), 因此需要对真空钎焊炉的加热区温度进行分区控制。下雨天可增加200℃烘炉。保温60分钟。真空度小于 5*10-2。真空钎焊钎焊工艺:由室温20分钟升温至360℃或8-10℃/S的升温速率,保温40-60分钟(具体看产品入炉数量)。温差不超过± 25℃真空度小于 7.5*10-3,25分钟升温至470℃或6-8℃/S的升温速率。工件芯体温度高于330℃时保温60-100分钟,温差不超过± 15℃。真空度小于 6.5*10-3。20分钟升温至520℃,工件芯体温度高于510℃时保温60分钟  温差不超过± 10℃,真空度小于5.0*10-3。15分钟升温至570℃,或以15-20℃/S的升温速率,工件芯体温度高于560℃时保温50分钟,温差不超过±5℃.10分钟升温至620℃,或以10-15℃/S的升温速率工件芯体温度598℃-605℃时保温20到50分钟(联系电话:13905275926),10分钟降温至603℃,保温10-30分钟。温差不超过±2℃.冷却到500℃以下出炉。

真空度达到5×10-3pa时才能打开加热钎焊程序

铝真空钎焊段必须保证真空度达到3×10-3Pa。

铝合金材料在真空钎焊过程的去膜机理

   在达到钎焊温度598-605℃时基体金属急剧膨胀,使表面氧化膜开裂,液态钎料由开裂处流入氧化膜层下,.把铝合金材料表面的氧化膜揭起并进一步挤碎。A l 表面很容易生成一层致密且稳定、熔点很高(约2050℃) 的A l2O 3 膜, 真空钎焊时阻碍钎料和母材的润湿和结合。A l 和铝合金的真空钎焊不使用钎剂, 而是在真空条件(3-5.0×10- 3 Pa) 下, 借助蒸气压较高、对O 2的亲和力比A l 大的M g 作金属活化剂去膜, 并将M g作为合金元素加入铝硅钎料中。国内市场售真空钎焊用铝硅钎料中M g 的含量一般控制在1%~1.5%。

铝真空钎焊去膜的机理如下
1、Al2O3的热膨胀系数只有铝的1 /3,铝急剧膨胀,使得氧化膜开裂。
2、加热时Mg 的挥发破坏钎料表面的氧化膜。
3、 挥发的Mg 与真空中残存的CO2、O2和水蒸气反应:
2Mg + O2 = 2MgO
Mg + H2O = MgO + H2
Mg + CO2 = MgO + C
3Mg + Al2O3 = 3MgO + 2Al
4、材料中挥发的Mg 蒸气渗入膜下母材表层,与扩散进入的Si 一起,使此表层形成低熔点的Al-Si-Mg 合金而熔化,将表面氧化膜浮起去除。
5、液态钎料的吸附作用使氧化膜强度下降,破碎弥散并溶入钎料中,液态钎料得以润湿母材。
6、工作真空可为钎料良好的润湿和流动提供干净的表面,同时影响固-气、液-气的界面张力,提高钎料的润湿性。
   真空钎焊对钎焊前零件表面的清洁度、粗糙度、装配质量、配合公差等的影响比较敏感,对工作环境和工人理论水平要求较高,真空钎焊时,为了获得优质的钎缝,关键的条件是使液态钎料能够充分地流入并致密地填满全部钎焊间隙,并与母材基体金属很好地进行相互的物理化学作用,形成新合金,在冷凝结晶后,得到合乎要求的钎焊接头。真空钎焊为无油、无湿、清洁、无尘的条件下进行装配。目前一般车间工作环境粉尘多,真空钎焊炉故障率较高,真空钎焊后的产品表面颜色不理想,有轻微氧化。真空钎焊工艺对零件表面的除油要求十分严格,即使光洁的表面,如果存在油污进行真空钎焊时,这些油污经过加热后残留在产品零部件表面,会起阻钎剂的作用,破坏液态钎料对母材的润湿铺展和良好的钎缝成形。目前许多公司采用在三氯乙烯或三氯乙烯代替品SKIESOL-溴克隆蒸气中除油,即把要除油的工件置于三氯乙烯或三氯乙烯代替品SKIESOL-溴克隆蒸气中,借蒸气与冷的工件接触时凝聚成的液体溶解工件上的油污(实践证明比传统清洗工艺效果好,许多单位原酸碱清洗工艺换上了汽相清洗设备)。
超声波清洗的原理
  人耳一般对每秒振动约20~18000次(18KHZ)的频率范围有反应。大于20KHZ的声波叫超声波。超声波是一种交变声压,超声波在液体中传播时能使液体出现稀疏状态和密集状态,在密集状态区,液体承受正压力,而在稀疏状态区则承受拉力,在拉力集中的地方会形成空穴??昭ú欢系夭捅蘸?、消失,在空穴的周围立即出现高达数百个大气压的巨大压力,伴随着强大的冲击波,对工件表面产生清洗作用,使污物从工件表面上被剥离。这种空穴的产生、消失不断反复的过程,我们称之空化效应。几千个真空泡在1秒钟内快速破裂几千次,其空化效应是十分巨大的,对工件表面产生很强的清洗作用,尤其对盲孔、缝隙以及一般难以清洗的地方都可以清洗得非常干净。我们从能量上分析,大量的空穴的产生,增加了液体的表面积,就要吸收能量,这能量来源于电能转化来的声能。当空穴破裂消失时,表面积减少,必然要把能量释放出来,又转变成机械能和热能。
  当气相清洗机超声波的频率增加到几百千赫的高频超声时,空化现象几乎消失,超声能量表现为加速度能量。例如,在950KHZ时,能量将达到重力加速度的105倍,对去除亚微米粒子很有效果。
 
超声波清洗真空钎焊零部件的工艺流程:
  把需要真空钎焊的产品零部件通过上料 →热浸清洗→冷浸超声波漂洗 → 汽相干燥清洗 → 冷却干燥 → 下料
超声波清洗设备操作过程:按照设置好的清洗工艺流程,将工件篮框手动放入进出料装置,由二辆工件移动车自动完成整个清洗过程,最后将工件篮框提出。 
超声波清洗机管路工作原理:
1、加液由贮液箱至冷漂洗槽;溢流至热浸超声槽、蒸馏机;加至工作状态液位时显示;
2、循环:热浸超声槽泵过滤循环;泵、过滤器、管路等组成;
3、蒸馏机循环:污液至蒸馏机工作液位后蒸馏新液至冷漂洗槽及清洗剂贮槽;
4、设备内循环:清洗液汽化后冷却至回液槽(汽态——液态)经水分离后流入汽洗槽;
5、补液:欠液时自动补液
  需要清洗的零部件先在①槽中预热浸泡,再在超声波清洗槽②中清洗,利用超声波的空化效应加速对污染物的溶解和剥离,随后在超声冷漂洗槽③中进行漂洗,漂洗掉残留污物,并使工件冷却,工件和溶剂蒸气之间的温度差越大就越有利于凝露,汽相清洗的效果越好。最后在溶剂蒸气层(浴洗槽)中汽相漂洗,热溶剂蒸气碰到冷的工件产生凝露,溶剂蒸气变成液体,润湿、溶解工件表面的污染物,并像下雨一样下滴,把污染物带走。当工件温度达到溶剂蒸气温度时,凝露不再进行,零部件件表面不再滴液,表示汽相清洗结束。最后把工件提出离开蒸气层至冷冻区,工件稍停留即已完全干燥。因为蒸气是洁净的,清洗过程中没有受到二次污染,故这是一种完全洁净的清洗工艺,可以达到很高的清洁度。
在真空钎焊零部件清洗过程中,清洗溶剂的循环再生过程:沸腾槽—蒸气层—冷凝—水液分离器—流入漂洗槽—溢流到超声槽—溢流到热浸槽--流回到沸腾槽。设备组成:设备由二个超声波清洗槽,一个热浸洗槽,一个蒸气浴洗槽,一个冷冻干燥槽以及冷凝回收盘管、水液分离器等组成。设备配备过滤循环装置,自动补排液阀门,进出料小车,全自动机械手,工业冷水机组、冷冻机组,整机监控系统,空气净化装置,超声波系统,电器控制部分,整机清洗部分为全封闭结构,装有可拆卸的观察检修门,具体结构见以下的说明。设备的配电设施是独立的电控柜。设备上的所有计量仪表都使用公制单位。
  工作过程:首先由操作者将待清洗的工件依次放入工装篮内,再将其放置在进料小车上推至上料位,通过感应开关联动由全自动机械手送至第一工位进行清洗,依次经过漂洗、浴洗、干燥之后由全自动机械手提出放置在出料小车上,再由操作者将工件取出转入下道工序即可。设备组成:设备由二个超声波清洗槽,一个热浸洗槽,一个蒸气浴洗槽,一个冷冻干燥槽以及冷凝回收盘管、水液分离器等组成。设备配备过滤循环装置,自动补排液阀门,进出料小车,全自动机械手,工业冷水机组、冷冻机组,整机监控系统,空气净化装置,超声波系统,电器控制部分,整机清洗部分为全封闭结构,装有可拆卸的观察检修门,具体结构见附图和以下的说明。设备的配电设施是独立的电控柜。设备上的所有计量仪表都使用公制单位。
  工作原理:首先由操作者将待清洗的工件依次放入工装篮内,再将其放置在进料小车上推至上料位,通过感应开关联动由全自动机械手送至第一工位进行清洗,依次经过漂洗、浴洗、干燥之后由全自动机械手提出放置在出料小车上,再由操作者将工件取出转入下道工序即可。
下图是产品正常超声波清洗作业后用达应笔测试:达应液2秒后均匀不伸缩。

真空钎焊清洗
   真空钎焊炉工作时:首先要抽真空,去除真空钎焊炉内气体和杂质。气体和杂质中含有多种粉尘,有金属类物质粉尘颗粒、油类物质颗粒、棉纱类物质颗粒等。每类粉尘颗粒中都含有水分,且都有黏滞性和吸附性??掌薪鹗衾喾鄢究帕?、油类物质颗粒、水蒸气颗粒的临界蒸汽压不同,其在炉内的蒸发温度、时间也不同。由于不同种物质粉尘的黏滞性和吸附性不同,将影响设备抽真空的时间及提高真空度的能力。真空钎焊炉内的污染直接影响真空的获得和保持,影响产品质量。如污秽,可以成为大量气体和蒸汽的来源,延长抽气时间,使真空度降低,还可以使元器件本身变质。真空炉内的污染还影响工艺的正确执行,要求用于钎焊板翅式铝散热器的真空钎焊炉必须保持清洁、干燥。准备送入真空钎焊炉的待焊散热器、工装夹具都必须保持清洁、无油、干燥。许多单位在装、撤工装夹具一般用润滑油润滑工装夹具的螺丝螺母。这时就需要用挥发油,因为挥发油挥发温度较低不会污染真空钎焊炉。散热器装配工作场地必须有足够的隔离作业面积,不产生粉尘、油污,相对湿度不大于55%。铜、铝生产线必须分开。装配车间人员穿戴必须清洁,不得有油污。装配散热器产品时必须佩戴洁净的细纱白手套。散热器装配人员不得用手套擦汗,散热器装配人员不得不用手套直接接触已经清洗干净零部件,散热器装配人员不得贴靠在装产品上。待组装零件、钎料片及其他工艺辅料,必须放置在专用框架中,并用洁净无油的塑料布盖好,以防灰尘和其他污染物污染。因故不能完成装配的散热器零部件,对已装配部分,必须进行进炉或者用洁净无油的塑料布盖好。装配前弹簧须经检验合格,并分组配对使用。夹具连续闲置时间超过三周的以及新加工的工装夹具,在使用前必须送入真空钎焊炉中进行净化处理。装配产品时每一层的各种零件必须自然平整,无拱起、局部凹凸不平及重叠卡住现象。翅片拼接时,拼接缝上下层应错开排列。检验员必须进行检查合格才能够进真空钎焊炉?;蝗绕鞑凡孔昂笥笆鼻ズ?。若不能及时进真空钎焊炉,则必须采取防尘、防油、防污染措施。真空钎焊炉外放置时间不允许超过24 h。现在要想提高成品率。必须做好以下几点,具体内容如下。
(1)加强车间工作环境空气的净化,使车间空气中不含可称量质点(尘埃、粉尘),亦不可受酸或其他物质蒸汽污染。四壁与天花板要刷涂防水漆,定期清扫,防止机械微粒落入器件中。地面必须光洁无裂缝,以免积存灰尘,保持一定的干湿度。散热器生产间的周围应有清洁的环境。在一般真空设备装配现场零件存放、包装等处,都应保持严格的环境卫生。
(2)散热器零件的存放和包装,不可用纸和棉织物。较好的防污染材料是玻璃纸、塑料薄膜。
(3)必须经常保持操作工的个人卫生,这个是生产中的重要环节。工人工作服要洁净,手要清洁,即使是清洁的手也不许拿零件,否则会在零件上留下油脂与汗渍,使排气产生困难。维修工作场地应有维修间和装配间分开,维修人员应有深色与白色两套非棉织物工作服,这样才能保证产品的装配的质量。
(4)真空钎焊炉内外应按要求保持洁净状态。要确保真空系统管道的通导能力,应随时清除沉积物。定期更换旋片式真空泵、罗茨泵、扩散泵泵油。

万人红黑大战 www.auroradd.com 板翅式铝合金散热器真空钎焊工艺参数

   板翅式铝合金散热器真空, 钎焊主要依靠生产经验的积累来制定工艺产品合格率一般75%-85%,目前我国板翅式铝合金散热器真空钎焊所采用的工艺流程为: 原料准备→零部件加工→零部件清洗→零部件组装→真空钎焊→钎焊后产品检验→产品凉干及喷漆。铝合金散热器真空钎焊在真空炉中进行,可根据生产规模、生产率、焊件的大小和工艺要求来选择合适的真空钎焊炉。

  真空钎焊的工艺参数主要有:真空度,加热速率,稳定温度及时间,钎焊温度,钎焊保温时间,冷却速率,出炉温度等。它们都直接影响钎料填缝和钎料与母材金属的相互作用过程,对钎焊接头的质量具有决定性作用。因此,必须认真研究。钎焊加热速率应能保证零件析出的气体被充分抽出,同时要使组件受热均匀,以减小或防止组件骤热产生的应力而引起变形。确定加热速率应考虑的主要因素有:
1、组件的材料、形状、结构和尺寸
  对于形状复杂及装配预应力较大的散热器,要缓慢加热;对于厚大的产品零件,加热速率也不宜过快。稳定温度和保持时间是指钎焊时加热到接近钎料固相线附近的温度,并在此时暂停加热、保持这一温度一段时间。其目的是为了减小产品零部件的温度梯度,使产品零部件各部分的温度得以均匀。减小内外层之间造成较大的温度差。

  真空钎焊温度是钎焊过程中最主要的工艺参数之一。在钎焊温度下,一方面钎料要熔化,在毛细作用下填满接头间隙,提高钎焊接头的性能。
确定钎焊温度的主要依据
1、首先是所选用钎料的熔点。钎焊温度应适当地
高于钎料的熔点,以减小液态钎料的衣面张力,改善润湿和填缝作用,并使钎料与母材金属能充分相互作用,有利于提高接头强度。但是,钎焊温度过高是有害的,它可能引起钎料中沸点较低的组元蒸发、母材晶粒的长大以及钎料与母材金属过分的相互作用而导致溶蚀、晶间渗入等,使接头强度下降。通常,将钎焊温度选为高于钎料液相温度线30一100℃之间效果较好。但是不同的钎料,需要高出其熔点的温度范围也是不同的。钎料的结晶范围越大,钎焊温度高出钎料熔点应越多。对单元素钎料,只要高出熔点30一70℃,即可使钎料的流动性处于最佳状态;才能使钎料处于最佳流动状态。
  钎焊保温时间是钎料填充间隙和控制合金化作用的重要阶段,对于接头强度的影响与钎焊温度有类似的特性。一定的保温时间是钎料与母材相互扩散、形成牢固结合所必需的。但过长的保温时间同样会导致某些过程的过分发展而走向反面。
  选择钎焊保温时间主要决定于钎料与母材的相互作用性。当钎料与母材具有强烈溶解、生成脆性相、引起晶间渗透等不良倾向的相互作用时,要尽量缩短钎焊保温时间。相反,如果通过二者的相互作用, 能消除钎缝中的脆性相或组织时,则应适, , 当延长钎焊保温时间。一般情况下,在保证填充良好的前提下,钎焊保温时间应尽可能地短些,以防止母材过热溶蚀或软化等不良现象的产生。钎焊保温时间与焊件的大小、厚度和间隙, 值也有关。对大的工件、厚的工件来讲,保温时间应当比小的工件和薄的工件长,以保证加热均匀。钎焊间隙大的时候,为了保证钎料和母材金属必要的相互作用,应该有较长的保温时间。有些组件厚度并不大,但是钎焊接头被部分地或全部遮蔽,不能直接受到辐射加热,应适当延长保温时间,以尽可能缩小被加热工件的表里温差。
   对钎焊温度和钎焊保温时间不应孤立地来确定,它们之间存在一定的互补关系,可以相应地在一定范围内变化。焊件的冷却虽然是在钎焊保温结束之后进行的,但是它的冷却速率对接头的质量也有很大影响脚。过度缓慢的冷却速度可能引起母材的晶粒长大,强化相析出过高的冷却速度,可能使焊件因形成过大的热应力而产生裂纹,或因钎缝迅速凝固使气体来不及逸出形成气孔。一般铝及铝合金的出炉温度为500℃以下。
   在真空钎焊前要仔细的检查和清洗产品零部件。散热器零部件在气相清洗过程中的搬运、吊装应轻拿轻放,避免碰伤。先去除零件表面粘附的杂物后再进行清洗,清洗时必须采用专用料框,以保证清洗过程中三氯乙烯溶液充分、均匀地接触零件所有要清洗的表面。各清洗槽中的溶液应按生产批量投入。定期取样分析各槽液浓度(检查PH值,一般在6-7),并根据三氯乙烯浓度变化及时进行调整。当槽液成分已不能满足使用要求时,则应更换槽液。常规清真空钎焊中最重要工艺参数为真空钎焊炉的真空度,要想提高真空钎焊的1次钎焊合格率,很大程度上依赖于真空度是否达到要求。一般要求真空钎焊真空度小于5 × 10 - 3 Pa。真空钎焊炉要有一定的抽真空速率和保密性,若较长时间未使用,一般要烘炉后再进行生产。真空钎焊炉烘炉最主要是尽量烘透。如果不锈钢做保温层的,100℃升1小时,保2小时+200℃升1小时,保2小时,300℃升1小时保1小时,400℃升1小时,保1小时,500℃升1小时,保1小时,+650℃升1小时,保1小时,700℃升1小时,保1小时,750℃保30分钟。在低温阶段烘水分是主要的,这段时间要长。如果最高温度是800的那就750在保温30分钟.真空钎焊炉烘炉在低温主要是去水分,高温去杂质。烘炉尽量的升温时候慢一点,尽量烘透.多分几个区段。保温也不需要太久一般2小时足够。烘炉时需要检查检查冷却水,检查真空炉外壁温度。

   在真空钎焊过程中用一定的时间将铝散热器加热到钎焊温度是一个最基本的因素。确切的生产速度和产品质量直接取决于对铝散热器的钎焊温度的严格控制。在370℃以下对铝散热器温度的控制相对并不重要。此时,真空钎焊加热速度可适当提高,只要保证散热器温差不超过± 25℃即可(芯体温度330℃,真空度7.5*10-3)。在真空钎焊加热过程中长时间的保温可能造成不利的Si 扩散,散热器产品温差过大会为下一步降低温差浪费大量时间。在370℃~505℃范围内铝温的控制不是很严格,当温度超过510℃时,整个散热器的芯体温度差最好不超过± 10℃(芯体温度500℃以上,真空度6.0*10-3)。铝钎焊芯体温度达到510℃时,Mg 开始从复合层中升华。Mg 的升华速度保持相对稳定,大约从510℃升到575℃。在570℃下出现三元共晶熔化。Mg 的蒸发,直到复合层中所含的镁基本贫化。Mg 蒸发的目的是抽出真空环境中的O2。即在散热器工件表面形成Al2O3之前,通过最好先形成MgO 的方法,消除残留在真空室内的O2和湿气。在570℃保温必须注意保温时间不能超长,一般控制在25分钟以下。570℃保温当工件温度高于560℃时结束(真空度必须在5.0*10-3)。10-15分钟升到升到620(620℃保温当工件温度高于600-605℃时保温2分钟结束)。 620度保温结束以后可以采取降温加热(增加一段600度,保温时间30分钟。板翅式铝合金散热器真空钎焊目前存在的主要问题是板翅式铝合金散热器真空钎焊对真空钎焊工艺参数的变化比较敏感,

  提高真空钎焊的温度,能使金属原子活动能力增强,能提高钎料的润湿性。原子的扩散有十分重要的影响,随着钎焊温度的升高,原子的扩散系数增大,一般基体金属向液态钎料的溶解量也增大。但是,钎焊温度太高,会发生钎料流散现象,同时,钎料对母材金属的溶蚀加重,母材金属的晶粒长大。因此,钎焊温度的选择,首先应考虑对基体金属性能的影响,不能单考虑润湿性能。钎焊时,对液态钎料的要求主要是填满钎缝的全部间隙,而不是沿固态母材表面的自由铺展。一般情况下,产品装配钎焊间隙很?。?.05mm以下),如同毛细管一样,钎料是依靠毛细作用在钎缝间隙内流动的。因此,钎料能否填满钎焊间隙,取决于它在母材间隙中的毛细流动特性。钎焊保温时间越长,基体金属的溶解量就越多。延长保温时间会使钎料充分地扩散至基体内。当溶解度达到饱和后,基体金属即在钎料中溶解。
  在目前实际真空钎焊生产过程中存在的五个主要问题是: 未钎透,溶蚀,钎料流失,焊缝组织不均匀,真空钎焊1次合格率低等。随着生产经验的增加,通过实践不断调节生产工艺参数,在实际生产中对于特定的钎料,未钎透,溶蚀,钎料流失这三个问题可以得到很好的控制。真空钎焊产品合格率低,焊缝组织不均匀成为影响真空钎焊1次钎焊率的主要原因。
   目前中国真空钎焊生产中产品的1次合格率平均大约为80%(许多单位在做假数据,说1次钎焊合格率在95%),现实基本由于各种原因平均1次真空钎焊合格率到了85%就无法进一步提高。其中真空钎焊不成功产品绝大多数是由于钎焊焊缝组织出现严重Si 偏析。为实际真空钎焊中失败产品的组织,根据产品解剖可以清楚地看到焊缝区饱满,结合良好,但组织中出现树枝状、片状Si偏聚,严重割裂组织,散热器钎焊强度难以达到要求。除上述问题之外,铝合金真空钎焊实际生产中还存在的诸多问题有: 设备复杂,生产成本相对较高,设备维修技术难度大; 依靠辐射加热,升温慢,均匀性差; 目前的钎料熔点接近母材的,钎焊温度和保温时间难以确定。国内目前铝合金散热器的应用越来越广泛,与国外的差距逐渐减小,今后发展的难点和关键是性能良好、熔点较低钎料和真空钎焊的自动化、高产化设备的研制。操作人员的素质不高。

通过目前板翅式铝合金散热器的真空钎焊缺陷分析,可以得知:

( 1)生产中的真空钎焊工艺主要依靠真空钎焊工日常生产经验制定,真空钎焊的许多缺陷,限制了真空钎焊1次合格率的提高。
( 2) 板翅式铝合金散热器钎料目前都基于Al-Si合金系,虽然此钎料已得到大规模应用,具有一定的优点,但熔点过高的缺点限制了它进一步的应用,以后发展的重点在于低熔点钎料的研制。
( 3) 随着生产实践的不断发展,未钎透、溶蚀、钎料流失等问题已经可以得到较好的控制,组织不均匀、偏聚成为影响产品合格率的主要因素。

板翅式铝合金散热器真空钎焊缺陷及其产生原因

铝热交换器的真空钎焊主要有未钎透、溶蚀、翅片弯曲倒伏、钎料流失等缺陷。
1 未钎透

真空钎焊缺陷

真空钎焊

钎焊缺陷

钎焊

真空钎焊

真空钎焊缺陷

真空钎焊翅片

真空钎焊

 

真空钎焊


未钎透包括翅片与扁管的虚焊、钎缝不连续、钎脚不饱满, 集管与扁管、集管与堵头钎缝的不饱满、不连续、泄漏等。未钎透缺陷影响热交换器的热交换性和气密性, 造成未钎透的原因有:
原材料保管不善造成氧化膜增厚或腐蚀。

钎焊前散热器零件表面清洗不佳。
散热器零部件尺寸未保证、装配不合理致使钎缝间隙过大超过0.03mm。
真空钎焊温度太低, 真空钎焊保温时间不够, 真空钎焊炉加热系统温度均匀性不好(超过正负3, 真空度太差低于7。5*10-3)。
复合铝箔、复合集管皮材中Si、M g含量不准确, 复合率太小, 复合层不均匀。一般复合材料仅大型铝加工厂有能力生产, 化学成分的控制是有保证的, 但是对于用户来说, 钎料化学成分偏差越小,越有利于控制钎焊工艺参数。国外供应商一般根据不同用户的使用情况分别调整钎料的化学成分, 且成分偏差很小, 而国内厂家较难做到。同时, 国产复合材料皮材复合率的控制没有保证, 如复合铝箔甚至局部无皮材, 局部无芯材。原材料表面的氧化膜根据经验, 为了使液态钎料有良好的润湿性和流动性, 铝合金表面的氧化膜厚度不得超过3*105mm ,。一般情况下, 原材料表面的氧化膜厚度小于1*105mm, 对钎焊质量无不良影响。若贮存保管不善, 原材料表面的氧化膜厚度增厚时, 仍然会影响真空钎焊质量。
2
 溶蚀
溶蚀是真空钎焊时的一种特殊缺陷, 它是母材表面被熔化的钎料过度溶解造成的。引起溶蚀的主要原因有:
钎料选择不当。AA 4N 04 较其它三种钎料的溶蚀倾向大。

钎料用量太多, 一般情况是复合层不均匀, 局部皮材过厚。
真空钎焊温度太高, 真空钎焊保温时间过长。
产品摆放不合理(如集管朝上放置) 或翅片跟集管过近, 集管的钎料流失引起邻近翅片的完全溶解。
3
散热器翅片弯曲、倒伏
引起散热器翅片钎焊时弯曲、倒伏的原因有:
散热器翅片波形不合理,加工尺寸超标。

真空钎焊的温度太高, 真空保温时间太长。
产品装配不合理, 散热器零部件各部位受力不均匀。
散热器产品装配太紧, 设计人员没有考虑真空钎焊夹具和热交换器材料的热膨胀系数差。
复合铝箔钎焊温度下抗弯曲性(抗塌陷性) 不够。某公司曾使用过某种复合箔, 590 , 保温3min 仍发生翅片严重弯曲、倒伏。国内某厂生产的复合铝箔, 不同批次材料抗弯曲性有很大差别。据经验表明, 这是由于复合铝箔芯材晶粒直径较小, 皮材中的硅原子沿晶界向芯材中心扩散所产生的溶蚀现象造成的。
4
 钎料流失
造成钎料流失的原因有:
原材料保管不善而致氧化膜增厚或腐蚀(原材料就放在地面上)。

钎料选择不当, AA 4104 易流失。
零部件装配间隙过大, 重力作用超过毛细作用。
真空钎焊温度太高, 真空保温时间过长。真空钎焊加热温度590~615 ; 钎焊升温速度约15~20 /min; 钎焊保温时间不超过5 min;
5
产品摆放不合理。

  翅片与集管太近, 易引起集管钎料流失, 造成翅片完全溶解。
5
 建议
 
散热器的真空钎焊, 70 年代国外实现了工业化生产。我国在散热器的真空钎焊方面, 与国外先进水平仍存在不小差距。为加快我国钎焊技术的发展, 特提出下述建议:<, BR>(1) 国产复合铝箔、复合版的内、外在质量有待提高。目前国产复合材料既无价格优势, 更无质量优势, 各公司大批量生产多采用进口复合材料。
2
 真空铝钎焊材料
  真空钎料材料见表。一般采用AA 4004, 皮材单面复合铝箔复合率控制在12% 18% , 复合集管复合率控制在8% 12%。当工件某一部位热容较大时, 可考虑采用液相线温度较低的AA 4005、AA 4N 04 配合。AA 4104中的B i 可减少钎料的表面张力, 改善润湿性, 并可降低对真空钎焊真空度的要求。
表:真空钎焊用钎料
合金牌号
化学成分(% )
Si Fe Cu M n M g Zn B i
其它
A l
钎料熔化温度范围(
)
推荐真空钎焊温度

范围()
AA 4004
钎料熔化温度范围(
)559 591 推荐真空钎焊温度590 605
AA 4005
钎料熔化温度范围(
)559 582 推荐真空钎焊温度585 605

AA 4N04 
钎料熔化温度范围()559 579 推荐真空钎焊温度580 600
AA 4104
钎料熔化温度范围()559 591 推荐真空钎焊温度590 605
: 1. 化学成分除给出范围外均为最大值。
2.
真空钎焊时由于M g 的挥发, 固相线温度会提高到接近用于非真空钎焊M g 含量低的类似钎料的固相线温度。

 板翅式铝合金散热器零件的装配

  将零部件用不锈钢夹具, 采用螺栓或打捆钢带打捆夹紧。真空钎焊对装配间隙要求较严, 所有配合应采用无间隙的摩擦配合,经验告诉我钎缝间隙控制在0.2~0.3 mm之间,自动化装配台的使用基本不多,许多单位是人工装配。由于真空钎焊炉的抽速比较大, 一般需10 30 m in 即可将真空钎焊炉内真空抽至钎焊时所要求的真空度范围, 此时冷炉炉温不到200 , 连续钎焊时热炉炉温约250 300 ??悸堑秸婵涨ズ嘎尤认低车娜裙咝?/SPAN>, 钎焊时在距钎焊温度约100时要保温一段时间(20 30 m in) , 使真空钎焊炉内各部温度均匀, 随后降低升温速率, 可以4 8 /m in 的速率加热,以防止由于热惯性使炉温严重偏离设定的钎焊温度。真空钎焊保温时间的长短,取决于真空炉中工件的尺寸形状及装炉量的多少。一般传统加热保温时间T按下式确定:

T1=30+( 1.52)D

T2=30+(1015)D  

T3=20+(02505)D

式中:D为工件有效厚度(mm);Tl为第一次预热时间(min);T2为第二次预热时间(min);T3为最终保温时间(min)。实际上,在一炉中往往同时装有若干形状尺寸不同的工件,这就需要进行综合考虑。我们按照工件的大小、形状、摆放方式及装炉量,确定保温时间,同时还考虑到,真空加热主要是靠高温辐射,铝真空钎焊加热时(630℃以下)工件温升非?;郝?,此时在工件无特殊变形要求时,应使第一次预热和第二次预热的时间尽量缩短,并提高预热温度,因为低温保温时间再长,升温后工件心部要达到表面温度还是需要一定时间。根据真空加热原理,提高预热温度,可减少工件内外温差,使预热时间缩短,而最终的保温时间应该适当延长,这样,既保证了质量,也提高了工作效率。

保温时间的长短还与下列因素有关:

真空钎焊炉的装炉量

工件尺寸相同时装炉量大,则透烧的时间应延长;反之,则应缩短。

真空钎焊炉内工件摆放形式

  由于真空钎焊炉是辐射加热,一般来说,如果产品工件形状相同,应尽量使产品摆放整齐,避免遮挡热辐射,并留出一定的摆放空隙,以保证产品能够受到最大的热辐射;对不同产品同装一炉,除按最大工件计算保温时间外,还要增加透烧时间。摆放一般是大产品在外,小产品在里。当产品摆放空隙时,所得的经验公式为:

Tl=T2=T3=04G+D

式中G为装炉量(kg),其余各符号的意义同前。

另外,对于小工件(有效厚度D20mm),或是工件之间的摆放空隙≥D,真空钎焊保温时间可以减少:

Tl= T2=0.1 G+D

T3=0.3G+D

对于大产品(有效厚度D100 mm),最后的钎焊保温时间可以减少:

TI= TI2=T3=0.4G +0.6D

真空钎焊炉电气控制柜温度监控器上显示的各加热区温度是发热体侧的温度(炉温) , 真空钎焊炉温度的均匀性应定期校准。因为真空钎焊时主要靠辐射传递热量, 散热器的芯体实际温度大大滞后于真空钎焊炉设定温度。由于真空钎焊炉内部各部位热容不同及真空钎焊夹具的影响, 即使同一台热交换器, 真空钎焊炉里各部位升温速度也不一样。因此, 真空钎焊加热程序应根据热交换器的实际温度设定、及时人工调整, 试制新产品时均应用真空钎焊炉配备的工件热电偶测温系统测量工件的实际温度, 并据此调整真空钎焊加热程序, 在保证工件在真空钎焊钎透的前提下,真空钎焊保温时间一般不要太长可控制在30 50 分钟。 

铝基钎料牌号、成分、性能和用途
 
钎焊温度、钎焊方法和可钎焊的铝及铝合金见下表

钎料牌号
化学成分(%)
熔化温度范围
(℃)
特点和用途
Al
Si
Cu
Mg
其它
H1AlSi7.5
余量
6.8-7.2
0.25
-
-
577-613
流动性差,对铝的溶蚀小。制成片状用于炉中钎焊和浸沾钎焊
H1AlSi10
余量
9-11
0.3
-
-
577-591
制成片状用于炉中钎焊和浸沾钎焊,钎焊温度比H1AlSi7.5低
H1AlSi12
余量
11-13
0.3
-
-
577-582
是一种通用钎料,适用于各种钎焊方法,具有极好的流动性和抗腐蚀性
H1AlSiCu10-
余量
9.3-10.7
3.3-4.7
-
-
521-583
适用于种种钎焊方法。钎料的结晶温度间隔较大,易于控制钎料流动
Al12SiSrLa
余量
10.5-12.5
-
-
Sr0.03
 La0.03
572-597
铈、镧的变质作用使钎料接头延性优于用H1AlSi12钎料焊的接头延性
HL403
余量
10
4
-
Zn10
516-560
适用于火焰钎焊、熔化温度较低,容易操作,钎焊接头的抗腐蚀性低于铝硅钎料
HL401
余量
5
28
-
-
525-535
适用于火焰钎焊、熔化温度低,容易操作。钎料性脆,接头抗腐蚀性低于铝硅钎料
B62
余量
3.5
20
-
Zn25
 Mn0.3
480-500
用于钎焊固相线温度低的铝合金,如LY11、钎焊接头的抗腐蚀性低于铝硅钎料
Al60GeSi
余量
4-6
-
-
Ge35
440-460
铝基钎料中熔点最低的一种,适用于火焰钎焊、性脆、价昂
H1AlSiMg7.5-1.5
余量
6.6-8.2
0.25
1-2
-
559-607
真空钎焊用片状钎料,根据不同钎焊温度要求选用
H1AlSiMg10-1.5
余量
9-10
0, .25
1-2
-
559-579
真空钎焊用片状钎料,根据不同钎焊温度要求选用
H1AlSiMg12-1.5
余量
11-13
0.25
1-2
-
559-569
真空钎焊用片状、丝状钎料,钎焊温度比H1AlSiMg7.5-1.5和H1AlSiMg10-1.5钎料低

 

铝及铝合金硬钎焊时钎料的选用

钎料牌号

钎焊温度℃

钎焊方法

可钎焊的金属

Bal92Si

599~621

浸渍、炉中

1060~8A06,3A21

Bal90Si

588~604

Bal88Si

582~604

浸渍、炉中、火焰

1060~8A06,3A21,LF1,5A02,6A02

Bal86SiCu

585~604

Bal67SiCu

555~576

火焰

1060~8A06,3A21,LF1,5A02,6A02,ZL102,ZL202

B62①

500~550

火焰

BAl90SiMg

599~621

真空炉中

1060~8A06,3A21,LF1,6A02

Bal89SiMg

588~604

Bal86SiMg

582~604

①为铝硅铜锌系钎料,含(质量分数)3.5%Si,20%Cu,25Zn,0.3%Mn,其余为Al。熔化温度480~500℃。

铝及铝台金硬钎焊时,普通使用QJ20l,这种钎剂具有较好的活性,能充分去除氧化物,保证钎料铺展,特别适于火焰钎悍。在炉中钎焊时,宜用QJ206、129A,17lB等钎剂,见下表:

铝及铝合金硬钎剂组分及用途

牌号
组分(%)
钎焊温度
(℃)
用途
211
KC147,NaCI27,LiC114,CdCl24,ZnCl23,AlF35
>550
火焰钎焊,炉中钎焊
YJ17
KCl51,LiCl41,AlF34.3,KF3.7
>500
浸沾钎焊
YJ17
KCl44,LiCl34,NaCl12,KF-AlF3共晶(46%KF,54%AlF3)10
>560
浸沾钎焊
剂201
KCl50,LiCl32,ZnCl228,NaF10
460-620
火焰钎焊,炉中钎焊
剂202
KCl28,LiCl42,ZnCl224,NaF6
450-620
火焰钎焊
H701
KCl46,LiCl12,NaCl26,KFAlF3共晶10,ZnCl21.3,CdCl74.7
>560
火焰钎焊,炉中钎焊
1712B
KCl47,LiCl23.5,NaCl21,AlF33,ZnCl21.5,CdCl720,TlCl2
>500
火焰钎焊,炉中钎焊
QF
KF·2H2O42-44AlF3 31/2H2O56-58
>570
炉中钎焊

 当用无腐蚀钎焊时,使用氟化物型无腐蚀钎剂,如QF型,焊后不必清除钎剂残渣。真空钎焊为无钎剂钎焊,但应采用金属活化剂,常用镁作为活化剂。镁可以加在铝硅针料中,(即铝硅镁钎料),也可以让它单独蒸发成蒸气引入真空钎焊室。


           BMW发动机铝合金散热器的真空钎焊工艺 


    铝合金以其重量轻、耐腐蚀性好、导热导电性优良等特点广泛用于航空航天、建筑、电器、汽车、船舶等部门,并且用量不断增加,长期以来一直被认为是制作热交换器、波导及其他许多复杂构件的结构材料。对铝合金钎焊的研究,最开始集中在其冶金性能上,然后停留在添加元素对钎焊过程的作用上,目前主要集中在特殊用途铝合金焊接方面。许多特殊用途铝合金正不断研究开发出来并应用在工程实践中,LT-3 铝合金就是一种专门为铝合金真空钎焊设计的。它是在3003 铝合金的基体上双面包覆轧制4004 铝合金而制成的,包覆材料在钎焊过程中起钎料的作用,这种材料目前广泛应用于散热器、冷凝器的制造。对LT-3包覆铝合金的真空钎焊方案进行了介绍,并制定了相应的焊接工艺。
1 铝合金真空钎焊方案介绍
1.1 原理
    真空钎焊是在真空炉中进行,钎焊过程不用钎剂。虽然没有钎剂的化学作用和还原气氛的还原作用,但由于降低了钎焊区的氧分压,同样可以除去焊件表面氧化膜,?;ず讣槐谎趸?。
1.1.1 除金属表面氧化膜机理
a.氧化膜在高温、高真空中可自行分解:氧化物分解压力>真空中氧分压。
b.镁蒸汽破坏金属表面氧化膜。真空钎焊为了防止钎剂腐蚀污染及钎焊后清理等问题的发生,一般不选用钎剂而是采用比铝更活泼的金属置换氧,多选用镁金属。但随着Mg 的加入,钎料对基体金属溶蚀作用严重,一般钎料中镁含量控制1.0%~2.5%。
C.铝膨胀迫使三氧化二铝先破裂,使液态钎料由裂缝进入氧化膜,揭开氧化膜。
1.1.2 对钎料的要求
    真空钎焊选用的钎料为硅-铝钎料,对成分的要求较为严格,钎料中不应含蒸汽压高的元素,不含在真空和高温下发生其表面氧化物显著分解的元素,否则会影响真空钎焊过程及真空钎焊质量。
1.2 真空钎焊工艺
    在真空钎焊前需要仔细的清洗焊件。一般情况下焊件进行油渍的处理就足够了,但为了去除热处理时生成的厚氧化膜,有时也需要进行清洗剂清洗。温度周期在诸因素中主要取决于焊件的形状,因为在真空中热是以辐射形式传播,工作厚度不同的部分会受热不均。由于铝合金的固相线和钎焊温度的差异往往较小,工件较薄的部分就易过热,造成表面熔化。所以有
必要将工件尤其是较大的工件预热,以保证焊件温度在达到钎焊温度以前各部分均匀受热。由于真空钎焊铝合金表面的氧化膜去除主要依靠Mg 活化剂,对于结构复杂的焊件,为了保证母材受到Mg 蒸汽的充分作用,国内一些研究单位常采用局部屏蔽的补充工艺措施,取得了非常好的效果.。其中最通用的做法是将焊件放入不锈钢盒内(称为工艺盒),然后置于真空炉中加热钎焊,这样可明显改善钎焊质量,其中Mg 蒸汽的形成可用在钎料中加入固体Mg ?;蛑苯拥既隡g 蒸汽的方法。这样可大大减少在装炉、出炉时Mg 等元素对炉膛所造成的污染,从而减少对真空钎焊炉膛的清理次数及提高真空钎焊炉的使用寿命。
    真空钎焊时最重要也是最难控制的工艺参数就是真空度。要得到优良的接头,在很大程度上取决于真空钎焊炉膛内的真空度,所以对真空设备的泄露率要求很低。在升温过程中将炉膛抽至一定真空度,对于铝及其合金要求达到0.0013Pa到0.O133Pa。一般认为,真空钎焊炉打开时吸收了常温空气中的水气,这使得下次真空钎焊升温前的抽真空时间大大延长。根据经验,一般如果真空钎焊炉较长时间未使用,应该让真空钎焊炉进行烘炉以后再正式使用。使用时,尤其是批量生产时,两次进出炉的时间间隔应尽可能短,这样真空钎焊炉的真空度容易较快地达到所需要求,从而提高生产效率。真空钎焊炉温的加热速度、稳定温度和保温时间则取决于所需要真空钎焊工件的材质、形状、结构、尺寸、使用钎料形式及钎料结晶温度的范围。
2 真空钎焊的焊接工艺
2.1 真空钎焊焊接性分析
   LT-3 铝复合板是通过冷轧工艺制造的,先将芯层金属3003 轧制成形,然后在芯层金属上面轧制上皮层金属4004。芯层金属3003 属Al-Mn 系合金,具有良好的抗蚀性和压力加工性。皮层金属4004 是以共晶成分Al-Si 合金为基础,具有良好的润湿性和流动性,同时含有1.0~2.0%Mg 元素,对去除氧化膜的方面有一定的帮助。真空钎焊复合板比线材、带材或粉末等使304用起来要方便得多,可方便地用来制作复杂部件。当钎焊板上的包覆金属熔化时可以直接润湿结合母材,立刻填隙。接头只需轻微扩散就可形成。LT-3 铝复合板材的化学成分及熔点温度如下表所示。
LT-3 铝合金芯层和皮层化学成分表
材料 Si Fe Cu Mn Mg Zn Al 熔化温度/℃
芯层(3003 铝合金) 0.6 0.7 0.05~0.2 1.0~1.5 / 0.1 余量643~654
皮层(4004 铝合金) 9.0~10.5 0.8 0.25 0.1 1.0~2.0 0.2 余量559~591
2.2 真空钎焊的焊接工艺流程
2.2.1 真空钎焊焊前清理
    铝及铝合金的钎焊对工件表面的清洁有较高的要求。要获得良好的质量,必须在钎焊前去除表面的油污和氧化膜。去除表面油污可用温度为60-70℃的Na2CO3 水溶液清洗5-10min,再用清水漂净;去除表面氧化膜可用温度为20-40℃的NaOH 水溶液浸蚀2-4min,再用热水洗净;去除表面油污和氧化膜后的工件,再在流水中洗净并最后风干。经过处理后,在6-8h 内进行钎焊,尽可能立即钎焊。因为铝的性质活泼,停留的时间太长在金属的表面容易重新生成氧化膜。焊前不能对工件表面进行过度的打磨,以免将皮层金属破坏。打磨时也容易将工件表面的平整度破坏,给钎焊造成困难。
2.2.2 真空钎焊焊接工艺
    一般真空钎焊采用阶段升温方式,保证工件受热均匀。真空钎焊的工艺参数为:钎焊温控表设置温度620℃,保温15min-30min,真空度为3×10-3Pa,加热速率10℃/min,在开始降温阶段采用控制降温的方式,速率10℃/min,到450℃结束,然后随炉冷却至室温。通过试验:采用15min-90min六种不同钎焊保温时间和595℃-620℃六种不同保温温度对铝合金散热器进行真空钎焊试验,通过光学显微镜、扫描电镜、X 射线能谱仪、硬度试验等研究确定真空钎焊保温时间和保温温度对焊缝组织的影响关系。结果表明,随着真空钎焊保温时间的延长和适量的提高保温温度,焊缝间的元素扩散越来越充分,Si 偏聚形状由原来的树枝状向点状转变,当真空钎焊工艺为615℃保温75min 时,焊缝组织中只有少量点状Si 偏聚组织,绝大部分为固溶体,钎料对母材有少量溶蚀,结合更为牢固,真空钎焊工艺较佳。
   对真空钎焊炉的要求一般为:
① 真空钎焊炉需要有足够的升温速率和极大的抽速,要求极限真空度小于4×10-4Pa,工作真空度要小于3.0×10-3 Pa,均热区钎焊温度波动不超过3℃;
② 真空钎焊炉应具有先进、可靠、安全的电气控制与?;は低?;
③ 真空钎焊炉加热室尺寸能容纳被钎焊组件;
④ 真空钎焊炉应具有强制冷却机能,一可满足材料的真空钎焊工艺要求,二可缩短真空钎焊周期。为防止未钎透、熔蚀、钎料流失等钎焊缺陷的发生,真空钎焊前及真空钎焊过程中应注意如下事项:
① 严格控制真空钎焊温度及保温时间,确保真空钎焊炉的系统真空度及温度均匀性符合标准要求。

②真空钎焊前保证彻底清理干净工件表面油污及氧化膜,使液态钎料能完全润湿芯层。

③工件装配要合理,保证液态钎料正常填隙,真空钎焊装配工装夹具需要设计合理,尽可能减少工装夹具的热容量,防止产品钎焊变形。
特提出下述建议
: 国产复合铝箔、复合版的内、外在质量有待提高。目前国产复合材料既无价格优势, 更无质量优势, 各公司大批量生产多采用进口复合材料。
2
 真空铝钎焊材料
  真空钎料材料见表。一般采用AA 4004, 皮材单面复合铝箔复合率控制在12% 18% , 复合集管复合率控制在8% 12%。当工件某一部位热容较大时, 可考虑采用液相线温度较低的AA 4005、AA 4N 04 配合。AA 4104中的B i 可减少钎料的表面张力, 改善润湿性, 并可降低对真空钎焊真空度的要求。

 板翅式铝合金散热器零件的装配

  将零部件用不锈钢夹具, 采用螺栓或打捆钢带打捆夹紧。真空钎焊对装配间隙要求较严, 所有配合应采用无间隙的摩擦配合,经验告诉我钎缝间隙控制在0.2~0.3 mm之间,自动化装配台的使用基本不多,许多单位是人工装配。由于真空钎焊炉的抽速比较大, 一般需10 30 m in 即可将真空钎焊炉内真空抽至钎焊时所要求的真空度范围, 此时冷炉炉温不到200 , 连续钎焊时热炉炉温约250 300 ??悸堑秸婵涨ズ嘎尤认低车娜裙咝?/SPAN>, 钎焊时在距钎焊温度约100时要保温一段时间(20 30 m in) , 使真空钎焊炉内各部温度均匀, 随后降低升温速率, 可以4 8 /m in 的速率加热,以防止由于热惯性使炉温严重偏离设定的钎焊温度。真空钎焊保温时间的长短,取决于真空炉中工件的尺寸形状及装炉量的多少。一般传统加热保温时间T按下式确定:

T1=30+( 1.52)D

T2=30+(1015)D  

T3=20+(02505)D

式中:D为工件有效厚度(mm);Tl为第一次预热时间(min);T2为第二次预热时间(min);T3为最终保温时间(min)。实际上,在一炉中往往同时装有若干形状尺寸不同的工件,这就需要进行综合考虑。我们按照工件的大小、形状、摆放方式及装炉量,确定保温时间,同时还考虑到,真空加热主要是靠高温辐射,铝真空钎焊加热时(630℃以下)工件温升非?;郝?,此时在工件无特殊变形要求时,应使第一次预热和第二次预热的时间尽量缩短,并提高预热温度,因为低温保温时间再长,升温后工件心部要达到表面温度还是需要一定时间。根据真空加热原理,提高预热温度,可减少工件内外温差,使预热时间缩短,而最终的保温时间应该适当延长,这样,既保证了质量,也提高了工作效率。

保温时间的长短还与下列因素有关:

真空钎焊炉的装炉量

工件尺寸相同时装炉量大,则透烧的时间应延长;反之,则应缩短。

真空钎焊炉内工件摆放形式

  由于真空钎焊炉是辐射加热,一般来说,如果产品工件形状相同,应尽量使产品摆放整齐,避免遮挡热辐射,并留出一定的摆放空隙(时,所得的经验公式为:
Tl=T2=T3=0.4G+D
式中G为装炉量(kg),其余各符号的意义同前。
另外,对于小工件(有效厚度D≤20mm),或是工件之间的摆放空隙≥D,真空钎焊保温时间可以减少:
Tl= T2=0.1 G+D
T3=0.3G+D
对于大产品(有效厚度D≥100 mm),最后的钎焊保温时间可以减少:
TI= TI2=T3=0.4G +0.6D

真空钎焊炉电气控制柜温度监控器上显示的各加热区温度是发热体侧的温度(炉温) , 真空钎焊炉温度的均匀性应定期校准。因为真空钎焊时主要靠辐射传递热量, 散热器的芯体实际温度大大滞后于真空钎焊炉设定温度。由于真空钎焊炉内部各部位热容不同及真空钎焊夹具的影响, 即使同一台热交换器, 真空钎焊炉里各部位升温速度也不一样。因此, 真空钎焊加热程序应根据热交换器的实际温度设定、及时人工调整, 试制新产品时均应用真空钎焊炉配备的工件热电偶测温系统测量工件的实际温度, 并据此调整真空钎焊加热程序, 在保证工件在真空钎焊钎透的前提下,真空钎焊保温时间一般不要太长可控制在30 50 分钟。

  真空钎焊炉热平衡计算与功率的确定:输入值 参数计算 中间结果 最后结果  
真空钎焊炉子生产率G=  4000 (Kg/h)
工件最终温度t1=  650 ℃ 工件起始温度t0=  20 ℃
工件平均比热容Cm=  0.21 (千卡/Kg℃)
每小时加热夹具重量G=  2000 (Kg/h)
夹具最终温度t1=  650 ℃ 夹具起始温度t0=  20 ℃ 夹具平均比热容Cm=  0.12 (千卡/Kg℃)
真空钎焊炉保温材料重量G=  360 (Kg)
真空钎焊炉保温层平均温度t1=  400 ℃
工件起始温度t0=  20 ℃
真空钎焊炉保温材料比热容Cm=  0.12 (千卡/Kg℃)
钢结构件重量G=  730 (Kg) 钢结构件平均温度t1=  100 ℃
真空钎焊夹具起始温度t0=  20 ℃ 钢结构件平均比热容Cm=  0.12 (千卡/Kg℃)
其余结构件重量G=  4000 (Kg) 其余结构件平均温度t1=  60 ℃ 夹具起始温度t0=  20 ℃ 其余结构件平均比热容Cm=  0.12 (千卡/Kg℃)
真空钎焊炉升温时间τ=  7200 s            
真空钎焊炉加热器分:金属屏及非金属屏       
1 Q总=Q有效+Q损失+Q蓄=      1157.645742 839.113751 (KW)      
1.1 Q有效=Q工+Q夹=  680400 (千卡/小时)=    793.8 (KW)      
1.1.1 Q工=GCm(t1-t0)=  529200 (千卡/小时)=    617.4 (KW)      
1.1.2 Q夹, =GCm(t1-t0)=  151200 (千卡/小时)=    176.4 (KW)      
1.2 Q损失=Q1+Q2+Q3+Q4=  363.8457415 (KW)(金属屏)=    32.88175104 (KW)(非金属屏)      
真空钎焊炉对金属辐射屏:   金属辐射屏: 设定各层温度(圆壁):  设定各层温度(平壁):  设定各层黑度:(值)  各辐射层表面积(M2)     
   (由内到外) ℃ K ℃ K 圆形: 平壁: 圆形: 平壁:    
   电热元件层  273 800 1073  0.7  12    
   第一层  273 601 874  0.99  24.9    
   第二层  273 485 758  0.99  25.1     
   第三层, 273 257 5, 30  0.9, 9  2, 5.4 
   第四层  273  273        
   第五层  273  273        
   第六层  273  273        
   第七层  273  273        
   第八层  273  273        
   水冷炉壳内壁 80 353 80 353  0.56  28.5    
1.2.1               
 对于圆筒壁: Q11=[(T热/100)4-(T冷/100)4]/[1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)+1/(C4.5*F4)+1/(C5.6*F5)+1/(C6.7*F6)+1/(C7.8*F7)+1/(Cn.冷*Fn)]=  #DIV/0! (千卡/小时)

 C热.1=4.96/[1/ε热+F热(1/ε1-1)/F1]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]          
 C1.2=4.96/[1/ε1+F1(1/ε2-1)/F2]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C2.3=4.96/[1/ε2+F2(1/ε3-1)/F3]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C3.4=4.96/[1/ε3+F3(1/ε4-1)/F4]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C4.5=4.96/[1/ε4+F4(1/ε5-1)/F5]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C5.6=4.96/[1/ε5+F5(1/ε6-1)/F6]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C6.7=4.96/[1/ε6+F6(1/ε7-1)/F7]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C7.8=4.96/[1/ε7+F7(1/ε8-1)/F8]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C8.冷=4.96/[1/ε8+F8(1/ε冷-1)/F冷]=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     

对于平壁: Q12=[(T热/100)4-(T冷/100)4]*F/(1/C热.1+1/C1.2+1/C2.3+1/C3.4+1/C4.5+1/C5.6+1/

C6.7+1/C7.8+1/Cn.冷)= 306724.9213 (千卡/小时)

 C热.1=4.96/(1/ε热+1/ε1-1)=   3.447622869 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C1.2=4.96/(1/ε1+1/ε2-1)=   4.861782178 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C2., 3=4.96/(1/ε2+1/ε3-1, )=   4.861782178 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C3.4=4.96/(1/ε3+1/ε4-1)=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C4.5=4.96/(1/ε4+1/ε5-1)=   0 [千卡/(米2*时*K4)]     
 C5.6=4.96/(1/ε5+1/ε6-1)=   0 [千卡/(米2*时*K4)]          
 C6.7=4.96/(1/ε6+1/ε7-1)=   0 [千卡/(米2*时*K4)]          
 C7.8=4.96/(1/ε7+1/ε8-1)=   0 [千卡/(米2*时*K4)]   &n, bsp;&nbs, p;     
 C8.冷=4.96/(1/ε8+1/ε冷-1)=   2.761976697 [千卡/(米2*时*K4)]          

 真空钎焊炉各层辐射屏温度的验算:               
 T1=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)))1/4=   100*( 5841.661771 ; #DIV/0! )1/4       
 平壁= 601.2469019 ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T2=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)))1/4=    100*( 3307.967442 ; #DIV/0! )1/4      
 平壁= 485.3859989 ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T3=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)))1/4=     100*( 794.461913 ; #DIV/0! )1/4     
 平壁= 257.9067786 ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T4=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)))1/4=      100*( #DIV/0! ; #DIV/0! )1/4    
 平壁= #DIV/0! ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T5=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)+1/(C4.5*F4)))1/4=       100*( #DIV/0! ; #DIV/0! )1/4   
 平壁= #DIV/0! ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T6=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)+1/(C4.5*F4)+1/(C5.6*F5)))1/4=        100*( #DIV/0! ; #DIV/0! )1/4  
 平壁= #DIV/0! ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T7=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)+1/(C4.5*F4)+1/(C5.6*F5)+1/(C6.7*F6)))1/4=         100*( #DIV/0! ; #DIV/0! )1/4 
 平壁= #DIV/0! ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T8=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)+1/(C4.5*F4)+1/(C5.6*F5)+1/(C6.7*F6)+1/(C7.8*F7)))1/4=          100*( #DIV/0! ; #DIV/0! )1/4
 平壁= #DIV/0! ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
 T冷=100*((T热/100)4-Q1*(1/(C热.1*F热)+1/(C1.2*F1)+1/(C2.3*F2)+1/(C3.4*F3)+1/(C4.5*F4)+1/(C5.6*F5)+1/(C6.7*F6)+1/(C7.8*F7)+1/(C8.冷*F8)))1/4=           100*( -3577.690942 ; #DIV/0! )1/4
 平壁= #NUM! ℃ 圆壁= #DIV/0! ℃         
               
真空钎焊炉对非金属辐射屏:               
 非金属辐射屏:  各层参数(圆壁):    各层参数(平壁):     隔热层平均导热系数  黑度 
 (由内到外)  设定温度℃ K 直径(m) 面积(m2) ℃ K 各层厚度(m) 平壁的平均面积(m2)  千卡/米*小时*℃  ε 
 第一隔热层内壁  1320 1593 0.9  1320 1593 0.04 1.5  0.18  0.95 
 第一隔热层外壁  305 578 1 4.6 300 573       
 第二隔热层内壁   273    273       
 第二隔热层外壁   273    273     
 第三隔热层内壁   273    273     
 第三隔热层外壁   273    273     
 筒体内壁  60 333  8  273  6    0.65
对于圆筒壁:             
 圆筒壁长度:L=  1 m                     
真空钎焊炉隔热层内壁传导至外壁的热量: Q传=2πλL(t1-t2)/In(d1/d2)=      10889.81003 千卡/小时     
 隔热层辐射给冷壁的热量: Q辐=Cn[(T1/100)4-(T2/100)4]F1=      16634.19471 千卡/小时     
  其中:Cn=4.96/(1/ε1+F1/F2(1/ε1-1))=     3.641043168 千卡/米2*小时*K4     
 如Q传≠Q辅,重新设定温度,直到相等.            
对于平壁:             
 隔热层内壁传导至外壁的热量: Q传=(t1-t2)/S/(λ*F)=      6851.25      
 隔热层辐射给冷壁的热量: Q辐=Cn[(T1/100)4-(T2/100)4]F1=      6407.306186 千卡/小时     
  其中:Cn=4.96/(1/ε1+F1/F2(1/ε1-1))=     4.17773231 千卡/米2*小时*K4
 如Q传≠Q辅,重新设定温度,直到相等.      
 则: Q1= 0 KW       
 水冷电极数n=   6   
 水冷电极热损失Q2=   6 KW  
热短路损失Q3=10%*Q1=   0 KW
真空炉热平衡计算与功率的确定输入值 参数计算 中间结果 最后结果;真空钎焊炉生产率G=(Kg/h)工件最终温度t1=℃ 工件起始温度t0=20℃工件平均比热容Cm=(千卡/Kg℃)
每小时加热夹具重量G=(Kg/h)夹具最终温度t1=℃夹具起始温度t0=20℃夹具平均比热容Cm=(千卡/Kg℃)     
1 Q总=Q有效+Q损失+Q蓄= (千卡/小时)=(KW)          
1.1 Q有效=Q工+Q夹=(千卡/小时)=(KW)      
1.1.1 Q工=GCm(t1-t0)=(千卡/小时)=(KW)      
1.1.2 Q夹=GCm(t1-t0)=(千卡/小时)=(KW)
     


真空钎焊过程

钎焊工艺
 

下载真空钎焊工艺卡:

真空钎焊工艺卡,

 

 

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