CN106102421B - 一种铝液冷机箱结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝液冷机箱结构，包括冷却底板和冷却壁板，多个冷却壁板垂直设置于冷却底板的边缘上，并形成三维腔体，在冷却底板的边缘处设置有冷却液入口，冷却底板的上表面设置有液冷通道A，液冷通道A的一端与冷却液入口连通，每块冷却壁板的内侧壁上均设有液冷通道B，液冷通道B的一端与液冷通道A的另一端通过焊接接头连接，液冷通道B的另一端与其相邻的液冷通道B的一端连通，冷却壁板的边缘上设置有冷却液出口，冷却液出口与最后一个液冷通道B连通，还公开了其制备方法。本发明的优点在于：三维液冷机箱结构形式由传统的二维散热转变为三维散热，根据散热需求选择控制散热功率，以满足射频类产品高功率、立体散热需求。
Description
技术领域
本发明涉及液冷机箱技术领域，特别是一种铝液冷机箱结构及制备方法。
背景技术
机箱是雷达射频模块、高压电源、TR组件等电子部件的载体，以适应高功率电子设备使用过程的散热需求。传统的散热结构主要包括风冷机箱散热、风冷冷却板和液冷冷却板三种，散热结构集中为二维平面散热。随着射频技术的发展与大规模应用，机箱散热功率要求大幅增加。
3D打印技术属于增材制造领域，在满足个性化设计需求领域有限明显，由于金属3D打印技术尚不够成熟，加工成本巨大，是目前推广应用的限制因素。精密铸造为一体成型工艺，制备方式较简单，由于铸造工艺性限制，对流道的布置和结构形式有较苛刻的约束。相比于3D打印、精密铸造，焊接结构是制备三维液冷机箱的核心工艺之一，具备产品设计灵活、加工周期较短、生产成本较低等优势。行业内精密焊接技术主要包括真空钎焊和电子束焊。真空钎焊是通过钎料熔化，在待焊工件表面润湿铺展，形成焊接接头，在冷却板制备领域广泛应用。常用钎料为Al88SiMg钎料，对强度较低的3A21铝具备优异的焊接性，而强度较高的6061铝、6063铝的焊接性较差。另外，为实现冷却板结构的流道密封，钎料的用量一般偏多，微细流道焊接过程容易产品钎料积聚，形成流道堵塞。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种铝液冷机箱结构及制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种铝液冷机箱结构，包括冷却底板和冷却壁板，多个冷却壁板垂直设置于冷却底板的边缘上，并形成三维腔体，在冷却底板的边缘处设置有冷却液入口，冷却底板的上表面设置有液冷通道A，液冷通道A的一端与冷却液入口连通，每块冷却壁板的内侧壁上均设有液冷通道B，液冷通道B的一端与液冷通道A的另一端通过焊接接头连接，液冷通道B的另一端与与其相邻的液冷通道B的一端连通，冷却壁板的边缘上设置有冷却液出口，冷却液出口与最后一个液冷通道B连通，
所述的焊接接头包括榫头和榫头盖板，冷却底板上设置有台阶腔，冷却壁板上设置有榫头，榫头的上边缘处设有环形台阶，榫头插入台阶腔的较小腔内，榫头盖板配合安装在台阶腔的较大腔内，所述环形台阶与台阶腔的较小腔形成环形槽，环形槽内填充有纤料。
一种铝液冷机箱结构的备方法，包括以下步骤：
S1、冷却板零件加工：按冷却底板和冷却壁板的最终结构尺寸及焊接余量，确定零件加工内容，通过机械加工成型，焊接面的平面度小于0.3mm，焊接面的粗糙度级别高于Ra1.6，冷却板焊后加工余量单面2～3mm；
S2、冷却板焊接加工：通过真空扩散焊接工艺焊接成形，焊接温度为550～560℃，焊接压力为2～5MPa，焊接后检测冷却板流道的密封性；
S3、冷却板二次加工：在冷却板上分别加工台阶腔和榫头，根据台阶腔的较大腔截面尺寸加工榫头盖板；
S4、液冷机箱焊接成型：按装配关系装配机箱，通过熔化点焊工艺固定工件位置，在榫头的台阶处布置钎料，并加入钎剂，在惰性气体保护钎焊炉中进行钎焊，钎焊温度595～600℃，保温10～30min，焊后去钎剂处理，检查焊缝外观，确保形成饱满、均匀的钎料润湿角，以保证榫头处密封，机箱与榫头盖板、冷却板与冷却板之间其它焊缝通过真空电子束焊接成形，熔深4～8mm；
S5、液冷机箱强化处理：通过真空气淬处理，消除残余应力，使得真空气淬处理后强度指标超过60HBS。
在进行冷却板焊接加工前，还包括将冷却底板和冷却壁板分别经过化学清洗去除表面氧化膜，并采用防护剂防止工件二次氧化的步骤。
所述的纤料为Al88Si棒状钎料，所述的钎剂为NOCOLOK氟化物钎剂。
本发明具有以下优点：
1、将传统的散热结构由二维散热延伸至三维散热，同时提供一种制备方法，包含真空扩散焊、惰性气体保护钎焊、电子束焊接和真空气淬处理等技术，以满足机箱的结构刚度要求、对中强铝（6061、6063）结构具备较好的加工工艺性。本发明的冷板焊接接头结构，实现不同冷板的流道连通，引入焊接工艺设计，并确保产品具备优异的焊接性能，大大提高产品的生产合格率。
2、三维液冷机箱结构形式由传统的二维散热转变为三维散热，根据散热需求选择控制散热功率，以满足射频类产品高功率、立体散热需求。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为焊接接头的结构示意图；
图中：1-冷却底板，2-冷却壁板，3-冷却液入口，4-液冷通道A，5-焊接接头，6-液冷通道B，7-冷却液出口，8-台阶腔，9-榫头，10-纤料，11-榫头盖板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1和图2所示，一种铝液冷机箱结构，包括冷却底板1和冷却壁板2，多个冷却壁板2垂直设置于冷却底板1的边缘上，并形成三维腔体，在冷却底板1的边缘处设置有冷却液入口3，冷却底板1的上表面设置有液冷通道A4，液冷通道A4的一端与冷却液入口3连通，每块冷却壁板2的内侧壁上均设有液冷通道B6，液冷通道B6的一端与液冷通道A4的另一端通过焊接接头5连接，液冷通道B6的另一端与与其相邻的液冷通道B6的一端连通，冷却壁板2的边缘上设置有冷却液出口7，冷却液出口7与最后一个液冷通道B6连通，
所述的焊接接头5包括榫头9和榫头盖板11，冷却底板1上设置有台阶腔8，冷却壁板2上设置有榫头9，榫头9的上边缘处设有环形台阶，榫头9插入台阶腔8的较小腔内，榫头盖板11配合安装在台阶腔8的较大腔内，所述环形台阶与台阶腔8的较小腔形成环形槽，环形槽内填充有纤料10。
【实施例1】
一种铝液冷机箱结构的备方法，包括以下步骤：
S1、冷却板零件加工：按冷却底板1和冷却壁板2的最终结构尺寸及焊接余量，确定零件加工内容，通过机械加工成型，焊接面的平面度小于0.3mm，焊接面的粗糙度级别高于Ra1.6，冷却板焊后加工余量单面3mm；
S2、冷却板焊接加工：将冷却底板1和冷却壁板2分别经过化学清洗去除表面氧化膜，并采用防护剂防止工件二次氧化，通过真空扩散焊接工艺焊接成形，焊接温度为560℃，焊接压力为5MPa，焊接后检测冷却板流道的密封性；
S3、冷却板二次加工：在冷却板上分别加工台阶腔8和榫头9，根据台阶腔8的较大腔截面尺寸加工榫头盖板11；
S4、液冷机箱焊接成型：按装配关系装配机箱，通过熔化点焊工艺固定工件位置，在榫头9的台阶处布置钎料10，并加入钎剂，所述的纤料10为Al88Si棒状钎料，所述的钎剂为NOCOLOK氟化物钎剂，在惰性气体保护钎焊炉中进行钎焊，钎焊温度600℃，保温30min，焊后去钎剂处理，检查焊缝外观，确保形成饱满、均匀的钎料润湿角，以保证榫头9处密封，机箱与榫头盖板11、冷却板与冷却板之间其它焊缝通过真空电子束焊接成形，熔深8mm；
S5、液冷机箱强化处理：通过真空气淬处理，消除残余应力，使得真空气淬处理后强度指标超过60HBS。
【实施例2】
一种铝液冷机箱结构的备方法，包括以下步骤：
S1、冷却板零件加工：按冷却底板1和冷却壁板2的最终结构尺寸及焊接余量，确定零件加工内容，通过机械加工成型，焊接面的平面度小于0.3mm，焊接面的粗糙度级别高于Ra1.6，冷却板焊后加工余量单面2.5mm；
S2、冷却板焊接加工：将冷却底板1和冷却壁板2分别经过化学清洗去除表面氧化膜，并采用防护剂防止工件二次氧化，通过真空扩散焊接工艺焊接成形，焊接温度为555℃，焊接压力为4MPa，焊接后检测冷却板流道的密封性；
S3、冷却板二次加工：在冷却板上分别加工台阶腔8和榫头9，根据台阶腔8的较大腔截面尺寸加工榫头盖板11；
S4、液冷机箱焊接成型：按装配关系装配机箱，通过熔化点焊工艺固定工件位置，在榫头9的台阶处布置钎料10，并加入钎剂，所述的纤料10为Al88Si棒状钎料，所述的钎剂为NOCOLOK氟化物钎剂，在惰性气体保护钎焊炉中进行钎焊，钎焊温度598℃，保温20min，焊后去钎剂处理，检查焊缝外观，确保形成饱满、均匀的钎料润湿角，以保证榫头9处密封，机箱与榫头盖板11、冷却板与冷却板之间其它焊缝通过真空电子束焊接成形，熔深6mm；
S5、液冷机箱强化处理：通过真空气淬处理，消除残余应力，使得真空气淬处理后强度指标超过60HBS。
【实施例3】
一种铝液冷机箱结构的备方法，包括以下步骤：
S1、冷却板零件加工：按冷却底板1和冷却壁板2的最终结构尺寸及焊接余量，确定零件加工内容，通过机械加工成型，焊接面的平面度小于0.3mm，焊接面的粗糙度级别高于Ra1.6，冷却板焊后加工余量单面2mm；
S2、冷却板焊接加工：将冷却底板1和冷却壁板2分别经过化学清洗去除表面氧化膜，并采用防护剂防止工件二次氧化，通过真空扩散焊接工艺焊接成形，焊接温度为550℃，焊接压力为2MPa，焊接后检测冷却板流道的密封性；
S3、冷却板二次加工：在冷却板上分别加工台阶腔8和榫头9，根据台阶腔8的较大腔截面尺寸加工榫头盖板11；
S4、液冷机箱焊接成型：按装配关系装配机箱，通过熔化点焊工艺固定工件位置，在榫头9的台阶处布置钎料10，并加入钎剂，所述的纤料10为Al88Si棒状钎料，所述的钎剂为NOCOLOK氟化物钎剂，在惰性气体保护钎焊炉中进行钎焊，钎焊温度595℃，保温10min，焊后去钎剂处理，检查焊缝外观，确保形成饱满、均匀的钎料润湿角，以保证榫头9处密封，机箱与榫头盖板11、冷却板与冷却板之间其它焊缝通过真空电子束焊接成形，熔深4mm；
S5、液冷机箱强化处理：通过真空气淬处理，消除残余应力，使得真空气淬处理后强度指标超过60HBS。
Claims (4)
1.一种铝液冷机箱结构，其特征在于：包括冷却底板（1）和冷却壁板（2），多个冷却壁板（2）垂直设置于冷却底板（1）的边缘上，并形成三维腔体，在冷却底板（1）的边缘处设置有冷却液入口（3），冷却底板（1）的上表面设置有液冷通道A（4），液冷通道A（4）的一端与冷却液入口（3）连通，每块冷却壁板（2）的内侧壁上均设有液冷通道B（6），液冷通道B（6）的一端与液冷通道A（4）的另一端通过焊接接头（5）连接，液冷通道B（6）的另一端与与其相邻的液冷通道B（6）的一端连通，冷却壁板（2）的边缘上设置有冷却液出口（7），冷却液出口（7）与最后一个液冷通道B（6）连通；
所述的焊接接头（5）包括榫头（9）和榫头盖板（11），冷却底板（1）上设置有台阶腔（8），冷却壁板（2）上设置有榫头（9），榫头（9）的上边缘处设有环形台阶，榫头（9）插入台阶腔（8）的较小腔内，榫头盖板（11）配合安装在台阶腔（8）的较大腔内，所述环形台阶与台阶腔（8）的较小腔形成环形槽，环形槽内填充有纤料（10）。
2.如权利要求1所述的一种铝液冷机箱结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、冷却板零件加工：按冷却底板（1）和冷却壁板（2）的最终结构尺寸及焊接余量，确定零件加工内容，通过机械加工成型，焊接面的平面度小于0.3mm，焊接面的粗糙度级别高于Ra1.6，冷却板焊后加工余量单面2～3mm；
S2、冷却板焊接加工：通过真空扩散焊接工艺焊接成形，焊接温度为550～560℃，焊接压力为2～5MPa，焊接后检测冷却板流道的密封性；
S3、冷却板二次加工：在冷却板上分别加工台阶腔（8）和榫头（9），根据台阶腔（8）的较大腔截面尺寸加工榫头盖板（11）；
S4、液冷机箱焊接成型：按装配关系装配机箱，通过熔化点焊工艺固定工件位置，在榫头（9）的台阶处布置钎料（10），并加入钎剂，在惰性气体保护钎焊炉中进行钎焊，钎焊温度595～600℃，保温10～30min，焊后去钎剂处理，检查焊缝外观，确保形成饱满、均匀的钎料润湿角，以保证榫头（9）处密封，机箱与榫头盖板（11）、冷却板与冷却板之间其它焊缝通过真空电子束焊接成形，熔深4～8mm；
S5、液冷机箱强化处理：通过真空气淬处理，消除残余应力，使得真空气淬处理后强度指标超过60HBS。
3.根据权利要求2所述的一种铝液冷机箱结构的制备方法，其特征在于：在进行冷却板焊接加工前，还包括将冷却底板（1）和冷却壁板（2）分别经过化学清洗去除表面氧化膜，并采用防护剂防止工件二次氧化的步骤。
4.根据权利要求2或3所述的一种铝液冷机箱结构的制备方法，其特征在于：所述的纤料（10）为Al88Si棒状钎料，所述的钎剂为NOCOLOK氟化物钎剂。
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