CN106735971B - 一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，涉及焊接技术领域，包括以下步骤：(1)确定水道盖板的厚度和宽度，保证水道盖板装配在液冷组件盒体上之后，盖板在厚度方向上具有正公差，在宽度方向上具有负公差；(2)零件清洗，液冷组件盒体和水道盖板经过清洗去除油污和氧化膜，并烘干；(3)扩散焊接，装配完成后将零件置于真空室中，用上、下压头压紧，通过计算机程序控制，在高真空下实现锁底台阶处焊接良好；(4)超声波探伤；(5)表面机加工，通过数控铣去除液冷组件搅拌摩擦焊焊接面表面氧化层；(6)搅拌摩擦焊。本发明应用于铝合金液冷组件焊接领域中，能有效消除hook缺陷。

Description

一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法。
背景技术
铝合金液冷组件广泛应用于雷达电子领域，起到为电子元器件散热的作用。目前大量的液冷组件结构为盒体加盖板的形式，通过搅拌摩擦焊实现高强度焊接，从而保证液冷组件水道的承压能力。搅拌摩擦焊接头为锁底接头，由于焊接压力的存在，为了防止接头塌陷，锁底台阶宽度一般较大，从而导致焊接完成后，台阶处无法实现连接，称为hook缺陷，如图4所示。液冷组件在后续焊接和表面处理等过程中易在该缺陷中夹杂酸碱液，由于该缺陷位于水道内部且缝隙很小，酸碱液难以清除。残留的酸碱液在液冷组件服役过程中易导致腐蚀，从而降低了雷达电子产品的使用寿命。
搅拌摩擦焊技术和扩散焊接技术都是固相焊接技术，且焊接过程中均不引入其他合金元素，接头性能与母材相当。其中搅拌摩擦焊技术适用于焊接锁底接头的对接界面，而扩散焊接技术适用于焊接锁底接头的搭接界面，两者在焊接中各有利弊。
发明内容
本发明提供了一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，通过将两种焊接方法集成在一起，有效解决目前采用搅拌摩擦焊进行焊接的铝合金液冷组件在锁底接头处存在hook缺陷的问题。
一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，包括以下步骤：
(1)确定水道盖板的厚度和宽度，保证水道盖板装配在液冷组件盒体上之后，盖板在厚度方向上具有正公差，在宽度方向上具有负公差；
(2)零件清洗，液冷组件盒体和水道盖板经过清洗去除油污和氧化膜，并烘干；
(3)扩散焊接，装配完成后将零件置于真空室中，用上、下压头压紧，通过计算机程序控制，在高真空下实现锁底台阶处焊接良好，其中，工艺参数为：扩散焊温度500-530℃，保温时间1-2小时，压力2-4MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa；保温完成后，通过气动阀门控制和水循环联合快速冷却，待真空室冷却至100℃以下时，关闭氮气，打开炉门和取出焊件；零件出炉后，采用金属胶带沿着表面焊缝粘贴，防止探伤时液体进入表面焊缝，同时采用金属胶带封住进出水口，防止液体进入液冷组件内部。
(4)超声波探伤；
(5)表面机加工，通过数控铣去除液冷组件搅拌摩擦焊焊接面表面氧化层，要求盒体表面去除量为0.05-0.15mm。
(6)搅拌摩擦焊，其中，工艺参数为：搅拌针长度等于锁底台阶厚度，焊接速度80-150mm/min，转速600-1300rpm，下压量0.1-0.3mm。
进一步的，步骤(1)中水道盖板厚度方向上高出液冷组件盒体表面0.2-0.3mm。如此设计，高度不能太小，保证扩散焊接时压头能够施力到盖板上，且不会导致盒体表面变形；高度不能太大，能够保证经过扩散焊压力作用后盖板表面与盒体表面齐平。
进一步的，步骤(1)中水道盖板宽度方向上和盒体台阶槽的双边间隙和为0.1-0.2mm。如此设计，间隙不能过小，可以防止扩散焊零件加热膨胀后，施压盖板时受到侧边摩擦力的影响；间隙不能太大，避免超过后续搅拌摩擦焊对间隙的要求。
进一步的，步骤(3)中扩散焊接过程需使用限位工装，并保证盖板下压量不大于0.3mm，防止水道台阶塌陷。
进一步的，步骤(3)中金属胶带粘贴范围要保证保护到搅拌摩擦焊焊缝两侧各10mm以上，且应粘贴平整，避免气泡出现，防止液体进入。
进一步的，步骤(4)中超声波探伤需确保台阶焊合率大于90％，从而消除该处的搅拌摩擦焊hook缺陷。
进一步的，步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)和步骤(6)中，需严格避免对零件上表面搅拌摩擦焊焊缝的污染，粘贴和去除金属胶带需用干净去油后的工具进行。
进一步的，在于步骤(5)中机加工过程中严格避免任何污染，防止使用冷却液，每次进刀量要小于0.1mm，防止零件表面过热氧化。
进一步的，步骤(5)中机加工过程中采用高速铣，保证搅拌摩擦焊焊缝清晰可见。
进一步的，步骤(6)中搅拌摩擦焊先使用无针搅拌头进行预焊，即进一步固定盖板，又进一步去除焊缝及附近的污染物。预焊下压量不超过0.1mm。
本发明的优点在于：搅拌摩擦焊技术和扩散焊接技术都是固相焊接技术，且焊接过程中均不引入其他合金元素，接头性能与母材相当，其中搅拌摩擦焊技术适用于焊接锁底接头的对接界面，而扩散焊接技术适用于焊接锁底接头的搭接界面，本发明将两种焊接方式集成，用于液冷组件的焊接可以实现两个界面的高可靠焊接，进而消除hook缺陷，进而防止由于该缺陷导致液冷组件在后续焊接和表面处理等过程中易在该缺陷中夹杂酸碱液，消除了酸碱液的影响，从而大大提高了雷达电子产品的使用寿命。
附图说明
图1为装配后的俯视图；
图2为图1的右视图；
图3为扩散焊完成后金属胶带保护图；
图4为液冷组件搅拌摩擦焊完成后的零件横截面宏观形貌；
图5为仅使用搅拌摩擦焊的零件横截面宏观形貌。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
结合图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式的具体工艺过程如下：
一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，包括以下步骤：
(1)确定水道盖板1的厚度和宽度，保证水道盖板1装配在液冷组件盒体2上之后，盖板1在厚度方向上具有正公差，在宽度方向上具有负公差；
(2)零件清洗，液冷组件盒体2和水道盖板1经过清洗去除油污和氧化膜，并烘干；
(3)扩散焊接，装配完成后将零件置于真空室中，用上、下压头压紧，通过计算机程序控制，此处计算机程序控制为现有技术，在高真空下实现锁底台阶处焊接良好，其中，工艺参数为：扩散焊温度500-530℃，保温时间1-2小时，压力2-4MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa；保温完成后，通过气动阀门控制和水循环联合快速冷却，待真空室冷却至100℃以下时，关闭氮气，打开炉门和取出焊件；零件出炉后，采用金属胶带沿着表面焊缝粘贴，防止探伤时液体进入表面焊缝，同时采用金属胶带封住进出水口3，防止液体进入液冷组件内部。
(4)超声波探伤；
(5)表面机加工，通过数控铣去除液冷组件搅拌摩擦焊焊接面表面氧化层，要求盒体表面去除量为0.05-0.15mm。
(6)搅拌摩擦焊，其中，工艺参数为：搅拌针长度等于锁底台阶厚度，焊接速度80-150mm/min，转速600-1300rpm，下压量0.1-0.3mm。
进一步的，步骤(1)中水道盖板厚度方向上高出液冷组件盒体表面0.2-0.3mm。如此设计，高度不能太小，保证扩散焊接时压头能够施力到盖板上，且不会导致盒体表面变形；高度不能太大，能够保证经过扩散焊压力作用后盖板表面与盒体表面齐平。
进一步的，步骤(1)中水道盖板宽度方向上和盒体台阶槽的双边间隙和为0.1-0.2mm。如此设计，间隙不能过小，可以防止扩散焊零件加热膨胀后，施压盖板时受到侧边摩擦力的影响；间隙不能太大，避免超过后续搅拌摩擦焊对间隙的要求。
进一步的，步骤(3)中扩散焊接过程需使用限位工装，并保证盖板下压量不大于0.3mm，防止水道台阶塌陷。
进一步的，步骤(3)中金属胶带粘贴范围要保证保护到搅拌摩擦焊焊缝两侧各10mm以上，且应粘贴平整，避免气泡出现，防止液体进入。
进一步的，步骤(4)中超声波探伤需确保台阶焊合率大于90％，从而消除该处的搅拌摩擦焊hook缺陷。
进一步的，步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)和步骤(6)中，需严格避免对零件上表面搅拌摩擦焊焊缝的污染，粘贴和去除金属胶带需用干净去油后的工具进行。
进一步的，在于步骤(5)中机加工过程中严格避免任何污染，防止使用冷却液，每次进刀量要小于0.1mm，防止零件表面过热氧化。
进一步的，步骤(5)中机加工过程中采用高速铣，保证搅拌摩擦焊焊缝清晰可见。
进一步的，步骤(6)中搅拌摩擦焊先使用无针搅拌头进行预焊，即进一步固定盖板，又进一步去除焊缝及附近的污染物。预焊下压量不超过0.1mm。
实施例2：
在实施例1的基础上，结合图1和图2说明本实施方式，步骤(1)中，将本实施方式的水道盖板厚度方向上高出液冷组件盒体表面0.2-0.3mm，如此设计，高度不能太小，保证扩散焊接时压头能够施力到盖板上，且不会导致盒体表面变形；高度不能太大，能够保证经过扩散焊压力作用后盖板表面与盒体表面齐平。
实施例3：
在实施例1的基础上，结合图1和图2说明本实施方式，步骤(1)中，将本实施方式的水道盖板宽度方向上和盒体台阶槽的双边间隙和为0.1-0.2mm，如此设计，间隙不能过小，可以防止扩散焊零件加热膨胀后，施压盖板时受到侧边摩擦力的影响；间隙不能太大，避免超过后续搅拌摩擦焊对间隙的要求。
实施例4：
在实施例1的基础上，结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的扩散焊接过程需使用限位工装，保证盖板下压量不大于0.3mm，防止水道台阶塌陷。
实施例5：
在实施例1的基础上，结合图4说明本实施方式，本实施方式的扩散焊接完成后需使用金属胶带保护搅拌摩擦焊焊缝，金属胶带粘贴范围要保证保护到搅拌摩擦焊焊缝两侧各10mm以上，且应粘贴平整，避免气泡出现，防止液体进入。
实施例6
在实施例1的基础上，结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的超声波探伤需确保台阶焊合率大于90％，从而消除该处的搅拌摩擦焊hook缺陷。
实施例7：
在实施例1的基础上，结合图4说明本实施方式，本实施方式的机加工过程中严格避免任何污染，防止使用冷却液，每次进刀量小于0.1mm，防止零件表面过热氧化。机加工过程中采用高速铣，保证搅拌摩擦焊焊缝清晰可见。
实施例8：
在实施例1的基础上，结合图4说明本实施方式，本实施方式的搅拌摩擦焊先使用无针搅拌头进行预焊，既进一步固定盖板，又进一步去除焊缝及附近的污染物。预焊下压量不超过0.1mm。
采用下述试验验证本发明效果：
试验一：本试验的铝合金液冷组件的扩散焊/搅拌摩擦焊集成焊接方法是按以下步骤进行的：
(1)、铝合金盒体盖板槽宽度40mm，厚度6mm；水道盖板宽度39.8mm，厚度6.2mm；
(2)、清洗，工件在碱槽中去油，采用3％～5％的碳酸钠水溶液，温度加热到60～80℃。然后在30％的硝酸溶液中亮化，最后在热水中清洗，在烘箱中烘干；
(3)、装配完成后将零件置于真空室中，用上、下压头压紧，通过计算机程序控制，在高真空下实现锁底台阶处焊接良好。工艺参数为：扩散焊温度520℃，保温时间1.5小时，压力2.5MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa。保温完成后，通过气动阀门控制和水循环联合快速冷却，待真空室冷却至100℃以下时，关闭氮气，打开炉门和取出焊件。零件出炉后，采用金属胶带沿着表面焊缝粘贴，防止探伤时液体进入表面焊缝，同时采用金属胶带封住进出水口3，防止液体进入液冷组件内部；
(4)超神波探伤；
(5)表面机加工，通过数控铣去除液冷组件搅拌摩擦焊焊接面表面氧化层，要求盒体表面去除量为0.1mm。
(6)搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊工艺参数为：搅拌针长度等于锁底台阶厚度，焊接速度80-150mm/min，转速600-1300rpm，下压量0.1-0.3mm。
试验结果如图4所示。
从图4中可以看出集成焊接方法能够实现铝合金液冷组件高质量焊接，且消除了hook缺陷。对锁底接头的对接和搭接界面进行力学性能试验，对接界面强度为92MPa，断裂位置为母材，表明对接焊缝强度高于母材；搭接界面强度为88MPa，断裂位置为焊缝，基本与母材强度相当，其中母材强度为90MPa。
本发明的优点在于：搅拌摩擦焊技术和扩散焊接技术都是固相焊接技术，且焊接过程中均不引入其他合金元素，接头性能与母材相当，其中搅拌摩擦焊技术适用于焊接锁底接头的对接界面，而扩散焊接技术适用于焊接锁底接头的搭接界面，本发明将两种焊接方式集成，用于液冷组件的焊接可以实现两个界面的高可靠焊接，进而消除hook缺陷，进而防止由于该缺陷导致液冷组件在后续焊接和表面处理等过程中易在该缺陷中夹杂酸碱液，消除了酸碱液的影响，从而大大提高了雷达电子产品的使用寿命。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定水道盖板的厚度和宽度，保证水道盖板装配在液冷组件盒体上之后，盖板在厚度方向上具有正公差，在宽度方向上具有负公差；
(2)零件清洗，液冷组件盒体和水道盖板经过清洗去除油污和氧化膜，并烘干；
(3)扩散焊接，装配完成后将零件置于真空室中，用上、下压头压紧，通过计算机程序控制，在高真空下实现锁底台阶处焊接良好，其中，工艺参数为：扩散焊温度500-530℃，保温时间1-2小时，压力2-4MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa；保温完成后，通过气动阀门控制和水循环联合快速冷却，待真空室冷却至100℃以下时，关闭氮气，打开炉门和取出焊件；零件出炉后，采用金属胶带沿着表面焊缝粘贴，防止探伤时液体进入表面焊缝，同时采用金属胶带封住进出水口，防止液体进入液冷组件内部；
(4)超声波探伤；
(5)表面机加工，通过数控铣去除液冷组件搅拌摩擦焊焊接面表面氧化层，要求盒体表面去除量为0.05-0.15mm；
(6)搅拌摩擦焊，其中，工艺参数为：搅拌针长度等于锁底台阶厚度，焊接速度80-150mm/min，转速600-1300rpm，下压量0.1-0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(1)中水道盖板厚度方向上高出液冷组件盒体表面0.2-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(1)中水道盖板宽度方向上和盒体台阶槽的双边间隙和为0.1-0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(3)中扩散焊接过程需使用限位工装，并保证盖板下压量不大于0.3mm，防止水道台阶塌陷。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(3)中金属胶带粘贴范围要保证保护到搅拌摩擦焊焊缝两侧各10mm以上，且应粘贴平整，避免气泡出现，防止液体进入。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(4)中超声波探伤需确保台阶焊合率大于90％。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)和步骤(6)中，需严格避免对零件上表面搅拌摩擦焊焊缝的污染，粘贴和去除金属胶带需用干净去油后的工具进行。
8.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，在于步骤(5)中机加工过程中严格避免任何污染，防止使用冷却液，每次进刀量要小于0.1mm，防止零件表面过热氧化。
9.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(5)中机加工过程中采用高速铣，保证搅拌摩擦焊焊缝清晰可见。
10.根据权利要求1所述的一种铝合金液冷组件的扩散焊搅拌摩擦焊集成焊接方法，其特征在于，步骤(6)中搅拌摩擦焊先使用无针搅拌头进行预焊，即进一步固定盖板，又进一步去除焊缝及附近的污染物；预焊下压量不超过0.1mm。
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