王一焱，董陽(yáng)華，尹東海

（常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇常州 213025）

直流輸電工程具有輸送容量大、輸電距離長(zhǎng)、技術(shù)先進(jìn)，優(yōu)勢(shì)明顯的特點(diǎn)，核心器件在正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)晶閘管的大電流產(chǎn)生大量的熱量，使晶閘管、電抗器等元件溫度急劇上升。為防止這些元件因溫度過(guò)高而損壞，對(duì)各個(gè)元器件的冷卻十分重要。水冷散熱器便是冷卻的關(guān)鍵元件，其質(zhì)量和性能直接關(guān)系到整閥運(yùn)行。隨著需求提高，在滿足原有散熱性能需求的基礎(chǔ)上，還需散熱器表面強(qiáng)度足夠承受壓力防止變形進(jìn)而避免影響散熱效果。因此提升釬焊后散熱器表面強(qiáng)度勢(shì)在必行。

本文通過(guò)在工藝過(guò)程中增加一道熱處理工序，并比對(duì)了原材料、釬焊后和熱處理后材料的力學(xué)性能和金相組織。試驗(yàn)結(jié)果證明，熱處理后散熱器的表面強(qiáng)度有效提高，為后續(xù)工藝及生產(chǎn)提供一定參考。

1 工藝方案優(yōu)化

散熱器經(jīng)真空釬焊后，其表面經(jīng)機(jī)械加工后使用。但經(jīng)過(guò)真空釬焊過(guò)程后強(qiáng)度明顯下降，產(chǎn)品性能不能滿足工程現(xiàn)場(chǎng)的承壓及強(qiáng)度要求。

6063 鋁合金為6 系中等強(qiáng)度鋁合金，焊接性能優(yōu)良，可進(jìn)行熱處理[1]。供貨6063 鋁合金為T6處理狀態(tài)，該鋁合金抗拉強(qiáng)度為215MPa[2]，其強(qiáng)度滿足工程配件使用要求。

考慮6063 鋁合金為可熱處理強(qiáng)化鋁合金，為了增強(qiáng)釬焊后散熱器基材強(qiáng)度，優(yōu)化工藝方案，釬焊后增加熱處理工序。

6063 鋁合金可在510～530℃左右達(dá)到良好的固溶效果，幾經(jīng)優(yōu)化后選用518℃作為固溶溫度，因散熱器最厚處可達(dá)45mm，為保證固溶效果，固溶時(shí)間定為大于等于5 小時(shí)；固溶后考慮防止相變及使晶粒盡量細(xì)小，防止晶粒粗大，采用水冷方式進(jìn)行冷卻以加快冷卻速度。固溶后的時(shí)效處理非常關(guān)鍵，時(shí)效不僅可使強(qiáng)化項(xiàng)彌析出、擴(kuò)散到基材中，還可釋放應(yīng)力。為達(dá)到最佳的熱處理效果，時(shí)效溫度選為160℃，時(shí)效時(shí)間定為8h，時(shí)效后采用空冷方式冷卻。

2 試驗(yàn)過(guò)程及分析

試樣選取分別為原鋁材、真空釬焊樣品及隨爐試樣（隨爐試樣為與散熱器尺寸一樣的鋁型材）和焊接后熱處理強(qiáng)化試樣，分別進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試[3]及金相組織分析。

力學(xué)測(cè)試試樣根據(jù)GB/T 228.1-2010 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1 部分：室溫試驗(yàn)方法》取樣，按照板材拉伸試件制樣，試樣尺寸為表1 所示。試樣寬度15mm，厚度4mm。

6063 鋁合金原材抗拉強(qiáng)度如表1 所示。

釬焊后鋁材抗拉強(qiáng)度如表2 所示。

布氏硬度如表3 所示。

表1 鋁合金原材抗拉強(qiáng)度

表2 釬焊后鋁材抗拉強(qiáng)度

表3 鋁合金原材布氏硬度

由原材的抗拉強(qiáng)度及釬焊后鋁合金抗拉強(qiáng)度、布氏硬度可知，鋁合金原材抗拉強(qiáng)度平均值為216.055MPa，基本符合查表數(shù)值，而釬焊后鋁合金強(qiáng)度平均值為98.608MPa，釬焊后強(qiáng)度大幅下降，不到原材的一半；原材硬度平均值為66.525（HBW），釬焊后硬度平均值為33.407（HBW），也為原材的一半。

可見，經(jīng)過(guò)釬焊后的鋁合金強(qiáng)度、硬度均大幅下降，可以把該過(guò)程看做材料的退火過(guò)程，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

為使材料性能進(jìn)一步提升，達(dá)到基本等同于原材的各項(xiàng)性能指標(biāo)，改進(jìn)工藝流程后，增加了釬焊后熱處理工序。熱處理后再次進(jìn)行產(chǎn)品性能測(cè)試，依照前試驗(yàn)，分別進(jìn)行了抗熱處理后材料的拉強(qiáng)度和硬度測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表5 和表6 所示。

熱處理后材料布氏硬度如表6 所示。

表4 釬焊后鋁材布氏硬度

表5 熱處理后鋁材抗拉強(qiáng)度

表6 熱處理后鋁材硬度

經(jīng)過(guò)力學(xué)性能測(cè)試后發(fā)現(xiàn)增加熱處理工序后，鋁合金抗拉強(qiáng)度平均值可達(dá)到228.566MPa；硬度平均值也達(dá)到79.66（HBW），兩個(gè)性能指標(biāo)均較釬焊后的材料翻倍提升，甚至略高于原母材的強(qiáng)度和硬度。

可見改進(jìn)工藝流程，增加釬焊后熱處理強(qiáng)化工序可達(dá)到預(yù)期效果，產(chǎn)品性能可比肩原材性能，完全滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

為了進(jìn)一步研究其過(guò)程及機(jī)理，分別觀察了母材、釬焊后材料及增加熱處理工序材料的組織。取三個(gè)工藝階段的試樣，分別制成標(biāo)準(zhǔn)金相試樣后在金相顯微鏡下觀察。

原材為6063 鋁合金，T6 處理為固溶熱處理后進(jìn)行人工時(shí)效，由金相組織可以看出，該狀態(tài)鋁合金組織晶粒大小均勻，強(qiáng)化相均勻、細(xì)小，這樣從根本上解釋了該材料具有較高的強(qiáng)度和硬度的原因。

圖1 原材組織

將釬焊過(guò)程看成是一次退火過(guò)程，退火后強(qiáng)度和硬度均會(huì)大幅下降[4]。由圖2 釬焊后的金相組織可看到，經(jīng)過(guò)釬焊過(guò)程，鋁合金晶粒變粗大，細(xì)小相長(zhǎng)大、合并且呈現(xiàn)分布不均的狀態(tài)，顯微組織的變化引起了材料性能的變化，力學(xué)性能試驗(yàn)也印證了這一點(diǎn)。釬焊后的抗拉強(qiáng)度和硬度均大幅下降。

為提升釬焊后產(chǎn)品力學(xué)性能，采取熱處理工藝，由圖3 可見，熱處理后強(qiáng)化相變小，分布逐漸均勻化，固溶和時(shí)效工藝使得析出的強(qiáng)化相重新彌散、析出，增加了基體組織的強(qiáng)度。

圖2 釬焊后基材組織

圖3 熱處理后基材組織

3 結(jié)論

本文研究了6063 鋁合金釬焊后強(qiáng)度提升及相應(yīng)的熱處理技術(shù)，得出了以下結(jié)論：

（1）6063 T6 鋁合金散熱器釬焊后硬度、強(qiáng)度均大幅下降，可看成是退火過(guò)程。

（2）釬焊后采用518℃固溶，保溫5 小時(shí)以上；再經(jīng)160℃，保溫8 小時(shí)后空冷的熱處理工藝后，材料的強(qiáng)度、硬度均明顯提高，甚至略高于原材。

（3）經(jīng)過(guò)熱處理后散熱器滿足設(shè)計(jì)及工程使用需求。