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谈谈铝钎焊在散热器中的应用

2022-04-19

目前,钎焊材料的生产属于有色金属行业,尤其是铝及其合金的钎焊问题是近年来研究最多、发展较快的研究领域之一。各种空调器、加热器的散热部件都采用纯铝或铝合金,而在国防工业上各种强化铝合金的应用发展速度很快,这些铝合金的应用前提首先是要解决钎焊问题,并有配套的钎料作保证。

散热器作为汽车冷却系统的关键零件,在整车中具有举足轻重的地位,它与冷却风扇、橡胶管、发动机水套、节温器、冷却水泵、格栅和导风板构成了冷却系统,承担发动机的散热功效,确保发动机能够稳定高效地运转。

随着原材料、机械和冶金工业的发展,汽车散热器根据材料和制造工艺主要经历了三代散热器,即铜、黄铜散热器,铝装配式散热器和铝钎焊散热器。到目前为止,铝钎焊散热器已经成为主流,并广泛地运用于轿车、商务用车和载货汽车上。

铝钎焊的优点:

    由于铝钎焊温度低于母材的熔点,因此构件不易变形或者变形很小。母材不熔化,金相组织不发生液相变化,不易产生过烧、过热组织。铝钎焊的加热温度较熔焊低,还能够降低能源消耗,节约成本,改善操作条件。铝钎焊是利用毛细吸附作用或是润湿作用实现的,因此铝钎焊接头的外观相对平整美观,焊接速度较快,消耗钎焊材料少。目前,铝钎焊

有的不用开坡口,焊接后无需打磨或稍加打磨,不但节省了机加工工时,同时提高了生产效率。

铝钎焊工艺的难点:

铝和铝合金材料的可焊性较差;铝及铝合金的熔点与所用的硬钎料熔点相差不大,钎焊时可选择的温度范围很窄,温度控制稍有不当容易造成母材过热甚至熔化,使钎焊过程难于进行。一些热处理强化的铝合金还会因钎焊加热而引起过时效或退火等软化现象,导致钎焊接头性能降低。火焰钎焊时,因铝合金在加热中颜色不改变而不易判断温度的高低,这也增加了对操作者操作水平的要求。铝和铝合金的构件比较复杂,例如散热器,在焊接过程中极易烧穿,由于对铝和铝合金构件表面的要求较高,往往难以保证焊接质量。

钎焊前后的准备和清理工作:

钎焊前要做好铝及铝合金表面的清洁工作,母材表面存在油污和较厚的氧化膜,妨碍钎料的流动及其与母材金属的结合,导致钎焊缺陷,如接头强度差、容易渗漏和完全焊接不牢等。若采用无熔剂真空钎焊,则焊前工件的清洗要求更为严格。目前常用的去膜方法分物理方法和化学方法两种。机械打磨并不能彻底去掉母材表面的全部氧化膜,而且去膜后润湿角仍然较大,不能实现液态钎料毛细填缝过程。因此,往往还要采用化学清洗的方式,即用清洗液清洗,焊前清洗液分以碱或酸为主要成分的两大类洗液。因为铝是一种两性元素,所以铝及其氧化物(即氧化铝)既能与碱液又能与酸液作用从而达到除氧化膜的目的。

常用钎料及钎剂:

目前,铝合金硬钎焊常用的钎料是铝基钎料。比如,A1一Si钎料焊接得到的接头强度高,铝和硅电极电位接近,抗电化学腐蚀性能也比软钎焊优越。Si的加入降低了铝的熔点,这种现象可用AL-Si相图中加以说明:

另外,在Al—si钎料中添加cu元素可以降低钎料的熔点,但是Cu元素过多会导致接头变脆,添加Ni元素在一定程度上弥补Cu元素带来的脆性,但Ni元素又会提高钎料的熔点。

NOCOLOK是加拿大Adan公司在20世纪70年代末发明的一种无腐蚀钎剂技术在全球应用已有40年历史这种工艺具有焊成率高成本低易操作无污染、合大批量生产的优点,是目前应用最广泛的铝合金钎焊技术。NOCOLOK钎剂是由KF - A1F3系构成的氟铝酸钾混盐,其化学总式可表示为nKF • AlF3(n一般为1~3),熔点为为565 -572 ℃,在熔融状态下可与Al2O3发生复杂的电化学反应以破坏铝表面的氧化膜。下图为典型的钎焊接头结构:


钎焊过程首先工件被加热到565以上钎剂开始熔化并破除铝合金表面的氧化膜然后升温至577左右钎了(Al-Si复合层)开始熔化并润湿结合面液态钎料通过毛细作用填充接头间隙再通过进一步的升温和保温钎料和芯材间相互扩散经冷却后形成稳定的合金接头。

典型设备:

工业上基于NOCOLOK钎焊工艺的常用设备称为可控气氛铝钎焊生产线 (简称CAB生产线 )

CAB生产线主要由干燥钎焊炉气氛冷却室终冷室和其他一些辅助装置组成,生产线通过一条闭环的耐热钢网带相连用于从前到后输送产品其中干燥炉用于除去钎剂中的水份及其他有机物( 如粘合剂)工作温度一般为250左右钎焊炉为生产线的核心。内有耐热钢制成的马弗,马弗内通入高纯度的氮气形成低氧含量的保护气氛;钎焊炉内分为若干个独立的

控温区,工件在运行过程中逐渐达到钎焊温度。气氛冷却室由马弗、夹套、冷却风机(或水冷套) 等组成用于将工件在保护气氛中降温至350 ℃以下的出炉温度。终冷室也称空冷,用于将工位在自然气氛中降至室温。 下图是典型的CAB生产线:



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