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談談鋁釺焊在散熱器中的應用

科技 更新时间:2024-08-17 16:09:48

目前,釺焊材料的生産屬于有色金屬行業,尤其是鋁及其合金的釺焊問題是近年來研究最多、發展較快的研究領域之一。各種空調器、加熱器的散熱部件都采用純鋁或鋁合金,而在國防工業上各種強化鋁合金的應用發展速度很快,這些鋁合金的應用前提首先是要解決釺焊問題,并有配套的釺料作保證。

散熱器作為汽車冷卻系統的關鍵零件,在整車中具有舉足輕重的地位,它與冷卻風扇、橡膠管、發動機水套、節溫器、冷卻水泵、格栅和導風闆構成了冷卻系統,承擔發動機的散熱功效,确保發動機能夠穩定高效地運轉。

随着原材料、機械和冶金工業的發展,汽車散熱器根據材料和制造工藝主要經曆了三代散熱器,即銅、黃銅散熱器,鋁裝配式散熱器和鋁釺焊散熱器。到目前為止,鋁釺焊散熱器已經成為主流,并廣泛地運用于轎車、商務用車和載貨汽車上。

鋁釺焊的優點:

由于鋁釺焊溫度低于母材的熔點,因此構件不易變形或者變形很小。母材不熔化,金相組織不發生液相變化,不易産生過燒、過熱組織。鋁釺焊的加熱溫度較熔焊低,還能夠降低能源消耗,節約成本,改善操作條件。鋁釺焊是利用毛細吸附作用或是潤濕作用實現的,因此鋁釺焊接頭的外觀相對平整美觀,焊接速度較快,消耗釺焊材料少。目前,鋁釺焊有的不用開坡口,焊接後無需打磨或稍加打磨,不但節省了機加工工時,同時提高了生産效率。

鋁釺焊工藝的難點:

鋁和鋁合金材料的可焊性較差;鋁及鋁合金的熔點與所用的硬釺料熔點相差不大,釺焊時可選擇的溫度範圍很窄,溫度控制稍有不當容易造成母材過熱甚至熔化,使釺焊過程難于進行。一些熱處理強化的鋁合金還會因釺焊加熱而引起過時效或退火等軟化現象,導緻釺焊接頭性能降低。火焰釺焊時,因鋁合金在加熱中顔色不改變而不易判斷溫度的高低,這也增加了對操作者操作水平的要求。鋁和鋁合金的構件比較複雜,例如散熱器,在焊接過程中極易燒穿,由于對鋁和鋁合金構件表面的要求較高,往往難以保證焊接質量。

釺焊前後的準備和清理工作:

釺焊前要做好鋁及鋁合金表面的清潔工作,母材表面存在油污和較厚的氧化膜,妨礙釺料的流動及其與母材金屬的結合,導緻釺焊缺陷,如接頭強度差、容易滲漏和完全焊接不牢等。若采用無熔劑真空釺焊,則焊前工件的清洗要求更為嚴格。目前常用的去膜方法分物理方法和化學方法兩種。機械打磨并不能徹底去掉母材表面的全部氧化膜,而且去膜後潤濕角仍然較大,不能實現液态釺料毛細填縫過程。因此,往往還要采用化學清洗的方式,即用清洗液清洗,焊前清洗液分以堿或酸為主要成分的兩大類洗液。因為鋁是一種兩性元素,所以鋁及其氧化物(即氧化鋁)既能與堿液又能與酸液作用從而達到除氧化膜的目的。

常用釺料及釺劑:

目前,鋁合金硬釺焊常用的釺料是鋁基釺料。比如,A1一Si釺料焊接得到的接頭強度高,鋁和矽電極電位接近,抗電化學腐蝕性能也比軟釺焊優越。Si的加入降低了鋁的熔點,這種現象可用AL-Si相圖中加以說明:

談談鋁釺焊在散熱器中的應用(談談鋁釺焊在散熱器中的應用)1

Al-Si二元相圖

另外,在Al—si釺料中添加cu元素可以降低釺料的熔點,但是Cu元素過多會導緻接頭變脆,添加Ni元素在一定程度上彌補Cu元素帶來的脆性,但Ni元素又會提高釺料的熔點。

NOCOLOK是加拿大Adan公司在20世紀70年代末發明的一種無腐蝕釺劑技術,在全球應用已有40年曆史,這種工藝具有焊成率高、成本低 、易操作、無污染、合大批量生産的優點,是目前應用最廣泛的鋁合金釺焊技術。NOCOLOK釺劑是由KF - A1F3系構成的氟鋁酸鉀混鹽,其化學總式可表示為nKF • AlF3 (n一般為1~3),熔點為為565 -572 ℃,在熔融狀态下可與Al2O3發生複雜的電化學反應以破壞鋁表面的氧化膜。下圖為典型的釺焊接頭結構:

談談鋁釺焊在散熱器中的應用(談談鋁釺焊在散熱器中的應用)2

釺焊過程首先工件被加熱到565℃以上,釺劑開始熔化并破除鋁合金表面的氧化膜。然後升溫至577℃左右,釺料()Al-Si複合層)開始熔化并潤濕結合面,液态釺料通過毛細作用填充接頭間隙。再通過進一步的升溫和保溫,釺料和芯材間 相互擴散,經冷卻後形成穩定的合金接頭。

典型設備:

工業上基于NOCOLOK釺焊工藝的常用設備稱為可控氣氛鋁釺焊生産線 (簡稱CAB生産線 )。CAB生産線主要由幹燥 爐、釺焊爐、氣氛冷卻室、終冷室和其他一些輔助裝置組成,生産線通過一條閉環的耐熱鋼網帶相連,用于從前到後輸送 産品。其中 :幹燥爐用于除去釺劑中的水分及其他有機物( 如粘合劑),工作溫度一般為250℃左右。釺焊爐為生産線的核心。内有耐熱鋼制成的馬弗,馬弗内通入高純度的氮氣形成低氧含量的保護氣氛;釺焊爐内分為若幹個獨立的控溫區,工件在運行過程中逐漸達到釺焊溫度。氣氛冷卻室由馬弗、夾套、冷卻風機(或水冷套) 等組成用于将工件在保護氣氛中降溫至350 ℃以下的出爐溫度。終冷室也稱空冷,用于将工位在自然氣氛中降至室溫。 下圖是典型的CAB生産線:

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