CN103817451B - 无氧铜复合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低压力扩散焊和钎焊复合焊相结合的无氧铜复合焊接方法。该无氧铜复合焊接方法包括：步骤A，将待焊接的多个无氧铜部件进行预处理，去除表面的氧化膜；步骤B，将多个无氧铜部件进行装配，固定各无氧铜部件的相对位置，保证焊接面紧密接触，对多个无氧铜部件的焊接面进行低压扩散焊；以及步骤C，在焊接面边缘处预置的焊料孔中放置电真空钎料，对多个无氧铜部件进行钎焊。本发明无氧铜复合焊接方法形成的复合焊接头结合紧密、焊接精度高、真空密封性好、接头抗拉强度200～300MPa，接近甚至高于无氧铜母材强度。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种无氧铜复合焊接方法。
背景技术
无氧铜具有高的电导率和热导率，低的氧含量，便于机械加工，无磁性等优点，是真空电子器件中使用最广泛的结构材料，在很多结构中涉及无氧铜的连接，目前常采用钎焊、氩弧焊、扩散焊等焊接方法。
随着器件的小型化，高频段体积数十倍减小，真空电子器件内部结构更加精密，且要求所有接触面均达到冶金结合。常用的钎焊方法因钎料漫流难以控制，难以连接全部接触面且不影响其内部精密结构。氩弧焊只能用于薄壁无氧铜零件连接，且熔深难以精确控制，变形量也较大。普通无氧铜扩散焊方法，为获得气密性结构，需提高扩散温度，且需施加5～15MPa的扩散压力，焊接件变形较大，无法达到精密连接的要求。解决无氧铜材料的精密焊接问题是在电真空器件小型化研究过程中亟待解决的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种无氧铜复合焊接方法，以解决现有无氧铜材料焊接技术焊料漫流、变形量大的问题。
(二)技术方案
本发明提供了一种低压力扩散焊和钎焊复合焊相结合的无氧铜复合焊接方法。该无氧铜复合焊接方法包括：步骤A，将待焊接的多个无氧铜部件进行预处理，去除表面的氧化膜；步骤B，将多个无氧铜部件进行装配，固定各无氧铜部件的相对位置，保证焊接面紧密接触，对多个无氧铜部件的焊接面进行低压扩散焊；以及步骤C，在焊接面边缘处预置的焊料孔中放置电真空钎料，对多个无氧铜部件进行钎焊。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明无氧铜复合焊接方法形成的复合焊接头结合紧密、焊接精度高、真空密封性好、接头抗拉强度200～300MPa，接近甚至高于无氧铜母材强度。
附图说明
图1为根据本发明实施例无氧铜复合焊接方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
本发明无氧铜复合焊接方法采用低压力扩散焊与钎焊相结合的方式，解决了现在无氧铜焊接方法变形量大，焊料漫流影响精密结构等问题。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种无氧铜复合焊接方法。图1为根据本发明实施例无氧铜复合焊接方法的流程图。请参照图1，本实施例无氧铜复合焊接方法包括：
步骤A，将待焊接的多个无氧铜部件进行预处理，去除表面的氧化膜，预处理后的焊接面粗糙度≤0.4；
本发明中，待焊接的无氧铜部件至少为2个，一般情况下，无氧铜部件的数目为2～10个。
将零件浸在丙酮溶液中超声波清洗20～60min，然后放入氢气炉进行烧氢退火处理，烧氢温度为500～700℃，保温时间30～60min，通过该烧氢退火处理可避免酸洗去表面氧化膜，保证零件的加工精度和表面粗糙度。
步骤B，将多个无氧铜部件进行装配，固定各无氧铜部件的相对位置，保证焊接面紧密接触，对多个无氧铜部件的焊接面进行低压扩散焊；
将经过表面净化的无氧铜零件进行装配，用对中杆等方法将相对位置固定，且保证待焊接面紧密接触。
将待焊接的无氧铜部件放入真空炉，并通过重物加压的方式施加0.05～0.5MP扩散压力，扩散焊过程中真空度始终优于1×10-3Pa，以10～20℃/min的加热速度达到扩散温度800～1020℃，并且在该温度下保温30～200min进行扩散连接，然后以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成低压扩散焊。
需要说明的是，本实施例是在真空环境下对无氧铜部件进行扩散焊，但本发明并不以此为限，也可以在保护气氛(如N2，H2等)下进行，保护气氛的压力介于105MPa与115MPa之间。
步骤C，在焊接面边缘处预置的焊料孔中放置电真空钎料，对多个无氧铜部件进行钎焊。
无氧铜部件完成低压扩散焊后，在其预设好焊料孔中放置电真空钎料，焊料为AuNi17.5、AuCu20、PdAgCu或AgCu28，在真空炉或氢气炉中进行钎焊。以10～20℃/min加热速度达到焊料流点温度以上20～30℃，保温至焊料完全熔化，然后以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，完成钎焊过程。
本实施例采用的无氧铜材料，形成复合焊接头结合紧密、焊接精度高、真空密封性好、接头抗拉强度为200～300MPa，接近或高于无氧铜母材。
在上述实施例的基础上，以下给出几个应用本发明的实例来具体介绍本发明：
实例一：
本实例中无氧铜精密焊接方法如下：待焊件接触面粗糙度为0.4，将零件浸在丙酮溶液中超声波清洗30min，然后放入氢气炉进行烧氢退火处理，烧氢温度为550℃，保温时间60min。然后将无氧铜零件进行装配，保证结合面紧密接触，并用对中杆等方法将相对位置固定。进真空炉，并通过重物加压的方式施加0.2MP扩散压力，扩散焊过程中真空度始终优于1×10-3Pa，以15℃/min的加热速度升温到950℃，保温60min，然后以10℃/min的速度冷却到300℃，再随炉冷却至室温，即完成低压扩散焊；出炉后在其预设好焊料孔中放置电真空钎料，焊料为AuCu20，进真空炉进行钎焊。以15/min加热速度升温到940℃，保温2min至焊料完全熔化，然后以10℃/min的速度冷却到300℃，再随炉冷却至室温，至此完成低压扩散焊钎焊复合焊过程。
实例二：
本实例与实例一不同的是待焊件接触面粗糙度为0.2，其它与实例一相同。
实例三：
本实例与实例一不同的是低压扩散焊压力为0.08MPa，其它与实例一相同。
实例四：
本实例与实例一不同的是低压扩散焊温度为850℃，保温时间为120min，其它与实例一相同。
实例五：
本实例与实例一不同的是钎焊连接采用AuNi17.5，钎焊温度为975℃，其它与实例一相同。
实例六：
本实例与实例一不同的是钎焊连接采用Pd15AgCu，钎焊温度为920℃，其它与实例一相同。
实例七：
本实例与实例一不同的是钎焊连接采用AgCu28，钎焊温度为820℃，其它与实例一相同。
至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明无氧铜复合焊接方法有了清楚的认识。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
综上所述，本发明提供一种低压力扩散焊与钎焊相结合的无氧铜复合焊接方法，实现了无氧铜材料的气密性连接，焊接变形小，焊料不影响零件内部精密结构，接头抗拉强度，接近甚至高于无氧铜母材强度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无氧铜复合焊接方法，其特征在于，包括：
步骤A，将待焊接的多个无氧铜部件进行预处理，去除表面的氧化膜；
步骤B，将多个无氧铜部件进行装配，固定各无氧铜部件的相对位置，保证焊接面紧密接触，对多个无氧铜部件的焊接面进行低压扩散焊，该低压扩散焊的扩散压力介于0.05～0.5MP之间；以及
步骤C，在所述焊接面边缘处预置的焊料孔中放置电真空钎料，对多个无氧铜部件进行钎焊。
2.根据权利要求1所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述步骤B中，低压扩散焊的扩散温度介于800～1020℃之间，保温时间介于30～200min。
3.根据权利要求2所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述低压扩散焊在真空环境下进行或保护气氛下进行。
4.根据权利要求3所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述保护气氛的气体为N2或H2。
5.根据权利要求1所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述步骤C中电真空钎料的焊料以下材料中的一种：AuNi17.5、AuCu20、PdAgCu或AgCu28。
6.根据权利要求5所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述步骤C中，以10～20℃/min加热速度达到焊料流点温度以上20～30℃，保温至焊料完全熔化，然后以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述多个无氧铜部件的焊接面的粗糙度≤0.4。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述步骤A中，对所述多个无氧铜部件进行烧氢退火处理，以去除其表面的氧化膜。
9.根据权利要求8所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述烧氢退火处理的温度介于500～700℃之间，保温时间介于30～60min之间。
10.根据权利要求9所述的无氧铜复合焊接方法，其特征在于，所述对多个无氧铜部件进行烧氢退火处理的步骤之前还包括：
将无氧铜部件浸在丙酮溶液中超声波清洗20～60min。
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