張劍波 張權(quán)笠 李文輝

（貴州永紅換熱冷卻技術(shù)有限公司，貴州 黔南 550600）

0 前言

鋁制板翅式散熱器是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的散熱器，它具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、散熱效率高、強(qiáng)度高以及適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。真空釬焊技術(shù)為該種產(chǎn)品的核心工藝技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋁及鋁合金真空釬焊機(jī)理、鋁散熱器真空釬焊工藝技術(shù)進(jìn)行了大量研究，并取得了一批研究成果，但對(duì)鋁制板翅式散熱器真空釬焊工藝技術(shù)研究報(bào)道較少，國(guó)內(nèi)對(duì)鋁制板翅式散熱器真空釬焊工藝有些技術(shù)沒有完全掌握，在關(guān)鍵的生產(chǎn)工藝中還存在影響鋁制板翅式散熱器真空釬焊質(zhì)量及其穩(wěn)定性的問題[1]。鋁制板翅式散熱器真空釬焊對(duì)工藝過程條件的細(xì)微變化非常敏感，釬接板釬料層厚度和成分盡管都在規(guī)定的范圍內(nèi)，也經(jīng)常出現(xiàn)真空釬焊質(zhì)量的明顯不同，要想很好地控制鋁制板翅式散熱器真空釬焊時(shí)各工藝過程條件的變化，必須建立在了解鋁制板翅式散熱器真空釬焊各工藝過程條件之間關(guān)系的基礎(chǔ)上。因此，進(jìn)行鋁制板翅式散熱器真空釬焊工藝技術(shù)的研究對(duì)提高鋁制板翅式散熱器真空釬焊質(zhì)量有非常重大的意義。該文主要從環(huán)境濕度和零件存放時(shí)間的變化，對(duì)鋁制板翅式散熱器零件表面狀態(tài)、釬焊縫質(zhì)量以及泄漏點(diǎn)數(shù)的影響做了研究和改善，找出它們之間的關(guān)系，為鋁制板翅式散熱器的生產(chǎn)提供了工藝方法和技術(shù)支持[2-3]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)件的規(guī)格為150mm×94mm×68mm，試驗(yàn)件由冷、熱邊封頭、冷、熱邊翅片、釬接板和側(cè)板6 種零件組成，試驗(yàn)?zāi)覆倪x用3A21 和3003 鋁合金，釬接板材料為4004/3003/4004，如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)樣件

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用北京華海中誼公司的VAB-600A 真空鋁釬焊爐，主要技術(shù)指標(biāo)如下。有效加熱區(qū)：4100mm×1000mm×1050mm，極限真空度：6.7×10-4Pa，加熱功率：600kW，壓升率：0.2Pa/h，最高溫度：700℃，最大裝爐量：4500kg；測(cè)濕度用的溫濕度計(jì)，量程為0%~90%，如圖2、圖3 所示。

圖2 真空釬焊爐

圖3 溫濕度計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 材料表面狀態(tài)試驗(yàn)

清洗2 片釬接板，一片烘干立刻密封保存，另一片放在濕度55%下存放30h。對(duì)2 片釬接板進(jìn)行金相顯微鏡觀察和能譜分析表面狀態(tài)，主要分析含氧量和灰塵含量的變化。

1.3.2 樣件釬縫試驗(yàn)

將每批試驗(yàn)零件進(jìn)行清洗，清洗好后放進(jìn)45℃的恒溫烘干箱烘干2h。然后進(jìn)行裝配、校正并且進(jìn)爐真空釬焊。焊后對(duì)試驗(yàn)樣件進(jìn)行釬縫解剖分析，得出結(jié)論。

1.3.3 環(huán)境濕度、零件存放時(shí)間與產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)關(guān)系試驗(yàn)

在線跟蹤50 套產(chǎn)品（型號(hào)在500 到700 范圍內(nèi)），記錄環(huán)境濕度和零件存放時(shí)間。釬焊后統(tǒng)計(jì)釬焊縫泄漏數(shù)，用Minitab 15 工具對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并做出環(huán)境濕度和零件存放時(shí)間跟產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)的關(guān)系曲線。

1.3.4 工藝過程條件優(yōu)化試驗(yàn)

對(duì)環(huán)境濕度和零件存放時(shí)間跟產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)關(guān)系曲線進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，明確量化環(huán)境濕度和零件存放時(shí)間對(duì)產(chǎn)品真空釬焊質(zhì)量的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 材料表面狀態(tài)對(duì)比

剛剛清洗完和清洗完在濕度55%下存放30h 的2 種材料表面狀態(tài)如圖4、圖5 所示。2 種狀態(tài)下材料表面的含氧量及狀態(tài)如圖6、圖7 所示。

圖5 濕度55%，存放30h 的零件表面狀態(tài)

圖6 清洗完成零件表面狀態(tài)

從圖4~圖7 可以看出，環(huán)境濕度及零件存放時(shí)間對(duì)零件表面灰塵和含氧量有非常大的影響，主要表現(xiàn)在以下2 個(gè)方面：1）濕度大，零件表面吸潮比較嚴(yán)重，會(huì)在零件表面形成更厚的氧化膜。2）零件存放時(shí)間越長(zhǎng)，零件表面不僅吸潮，還會(huì)吸附很多臟東西和灰塵。在高溫下，濕氣及臟東西揮發(fā)，嚴(yán)重影響爐內(nèi)氣氛，進(jìn)而嚴(yán)重影響釬焊質(zhì)量。3）在濕度為55%下存放30h 的干凈零件表面的含氧量是剛剛清洗完的零件表面的3~5 倍。

圖4 清洗完成零件表面狀態(tài)

圖7 濕度55%，存放30h 的零件表面狀態(tài)

2.2 樣件釬縫試驗(yàn)

首先，當(dāng)環(huán)境濕度為20%~40%時(shí)，零件存放時(shí)間對(duì)焊縫質(zhì)量的影響。當(dāng)環(huán)境濕度為20%~40%，零件存放時(shí)間分別為10h、20h、40h、60h，樣件釬焊縫狀態(tài)如圖8~圖11 所示。

從圖8~圖10 可以看出，在濕度為20%~40%環(huán)境下存放10h、20h 跟存放40h 的釬焊縫沒太大區(qū)別，都能得到飽滿、致密的釬焊縫，這是由于零件放在濕度小的環(huán)境里，氧化膜增厚較慢，適當(dāng)延長(zhǎng)存放時(shí)間對(duì)氧化膜的增厚沒太大影響。但從圖11 可發(fā)現(xiàn)，釬焊縫有明顯孔洞，有顆粒狀，不均勻，不連續(xù)。這是由于零件存放時(shí)間太長(zhǎng)，零件表面氧化膜較厚，釬焊時(shí)去膜較差，形成斷續(xù)、不致密的釬焊縫。由以上分析可得，當(dāng)環(huán)境濕度為20%~40%，零件存放時(shí)間應(yīng)控制在40h 以內(nèi)。

圖11 存放60h 的焊縫狀態(tài)

其次，當(dāng)環(huán)境濕度為50%~60%時(shí)，零件存放時(shí)間對(duì)焊縫質(zhì)量的影響。當(dāng)環(huán)境濕度為50%~60%，零件存放時(shí)間分別為10h、20h、30h，樣件釬焊縫狀態(tài)如圖12~圖14 所示。

觀察圖12~圖14 可發(fā)現(xiàn)，圖12~圖13 的釬焊縫比較飽滿、致密，而圖14 的釬焊縫出現(xiàn)斷續(xù)孔洞。在相同的濕度條件下，圖12~圖14 的零件存放10h~20h，零件表面所吸附的灰塵雜質(zhì)比較少且生成的氧化膜也比較薄，釬焊時(shí)比較容易去膜，釬料得到潤(rùn)濕、鋪展，所以能形成比較飽滿、致密的釬焊縫。相反，圖14 的零件存放30h，零件表面吸附了大量的灰塵雜質(zhì)且生成的氧化膜也比較厚，釬焊時(shí)去膜不充分，釬料得不到充分潤(rùn)濕、鋪展，所以形成了斷續(xù)、不致密的釬焊縫，看上去像一條黑線。從以上分析可知，當(dāng)環(huán)境濕度為50%~60%，零件存放時(shí)間應(yīng)控制在20h 以內(nèi)。另外，將圖8~圖10 與圖12~圖13 進(jìn)行比較可以看出，在相同的零件存放時(shí)間下，濕度小的釬焊縫比濕度大的釬焊縫要飽滿、致密得多。

圖8 存放10h 的焊縫狀態(tài)

圖10 存放40h 的焊縫狀態(tài)

圖12 存放10h 的焊縫狀態(tài)

圖13 存放20h 的焊縫狀態(tài)

圖14 存放30h 的焊縫狀態(tài)

再次，當(dāng)環(huán)境濕度為70%~80%時(shí)，零件存放時(shí)間對(duì)焊縫質(zhì)量的影響。當(dāng)環(huán)境濕度為70%~80%，零件存放時(shí)間分別為10h、40h，樣件釬焊縫狀態(tài)如圖15~圖16 所示。

圖9 存放20h 的焊縫狀態(tài)

從圖15~圖16 可以看出，在濕度為70%~80%環(huán)境下存放10h 跟存放40h 的釬焊縫沒什么區(qū)別，釬焊縫明顯是一條“黑線”。對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，在濕度為70%~80%的環(huán)境下，無論零件存放多少時(shí)間，零件表面都會(huì)形成一層很厚的氧化膜。氧化膜的增厚使鎂蒸氣的效果不能充分發(fā)揮，釬料的流動(dòng)性降低，所以形成斷續(xù)、不致密的釬焊縫。因此，當(dāng)環(huán)境濕度為70%~80%時(shí)，不適合進(jìn)行真空釬焊。

圖15 存放10h 的焊縫狀態(tài)

圖16 存放40h 的焊縫狀態(tài)

2.3 環(huán)境濕度、零件存放時(shí)間與產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)關(guān)系試驗(yàn)

通過在線跟蹤50 套產(chǎn)品（型號(hào)在500 到700 范圍內(nèi)），記錄環(huán)境濕度和零件存放時(shí)間，釬焊后統(tǒng)計(jì)釬焊縫泄漏數(shù)，用Minitab 15 工具對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并做出環(huán)境濕度、零件存放時(shí)間跟產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)的關(guān)系曲線，如圖17 所示。

從圖17 可以看出，環(huán)境濕度≤50%時(shí)，產(chǎn)品泄漏數(shù)較少；50%≤環(huán)境濕度≤80%時(shí)，產(chǎn)品泄漏數(shù)大大增多，有2~9 個(gè)泄漏點(diǎn)，即最佳環(huán)境濕度是≤40%，環(huán)境濕度≥60%不利于產(chǎn)品真空釬焊質(zhì)量的保證。零件存放時(shí)間≤20h 時(shí)，產(chǎn)品泄漏數(shù)較少；20h ≤零件存放時(shí)間≤70h 時(shí)，產(chǎn)品泄漏數(shù)大大增多，有2~8 個(gè)泄漏點(diǎn)，即最佳零件存放時(shí)間是≤20h，存放時(shí)間≥20h 不利于產(chǎn)品真空釬焊質(zhì)量的保證。

2.4 工藝過程條件優(yōu)化試驗(yàn)

該文試制了3 批共57 套產(chǎn)品進(jìn)行工藝條件驗(yàn)證試驗(yàn)，具體工藝條件和產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)見表1。

表1 工藝過程條件和產(chǎn)品泄漏數(shù)

從表1 可以看出，57 套產(chǎn)品的泄漏數(shù)在3~9，進(jìn)一步驗(yàn)證了最佳工藝過程條件，在此工藝過程條件下生產(chǎn)，完全能保證產(chǎn)品的真空釬焊質(zhì)量。

3 結(jié)論

環(huán)境濕度及零件存放時(shí)間對(duì)零件表面狀態(tài)有非常大的影響，主要是對(duì)零件表面灰塵和含氧量的影響。

在相同的環(huán)境濕度下，零件存放時(shí)間不同，產(chǎn)品釬縫飽滿程度也不同。零件存放時(shí)間具體要求：當(dāng)環(huán)境濕度為20%~40%時(shí)，零件存放時(shí)間應(yīng)控制在40h 以內(nèi)；當(dāng)環(huán)境濕度為50%~60%，零件存放時(shí)間應(yīng)控制在20h 以內(nèi)。

在相同的零件存放時(shí)間下，環(huán)境濕度不同，產(chǎn)品釬縫飽滿程度也不同。環(huán)境濕度具體要求：當(dāng)環(huán)境濕度為20%~40%時(shí)，最適合產(chǎn)品真空釬焊；當(dāng)環(huán)境濕度為50%~60%時(shí)，可以通過控制零件存放時(shí)間滿足產(chǎn)品真空釬焊；當(dāng)環(huán)境濕度大于70%時(shí)，不宜進(jìn)行真空釬焊。

圖17 環(huán)境濕度、零件存放時(shí)間與泄漏數(shù)的散點(diǎn)圖