CN107598318A - 一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法及夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法及夹具，所述夹具包括通过立杆(7)连接的上盖板(2)和下盖板(1)；所述上盖板(2)下方依次为上不锈钢板(4)、弹簧(5)和垫板(3)；所述下盖板(1)上方为下不锈钢板(6)。本发明对钎焊时对升温，保温及冷却工艺曲线进行了调整，采用本发明可实现该类冷板的国产化，大大降低了6061铝合金真空钎焊缺陷，提升了产品品质，同时提升了企业国际形象。

Description

一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法及夹具

技术领域

本发明涉及医疗用6061铝合金冷板真空钎焊工艺方法，特别是6061铝合金 冷板的特殊真空钎焊温度曲线以及工件装配夹具。

背景技术

冷板作为与医疗CT机配套研制的产品，其主要作用是负责CT及旋转部分大 功率电子元器件的热量传递，并与该系统一起高速旋转，由于该系统造价高昂， 对冷板的可靠性要求非常高，该冷板属于医疗CT散热系统的重要组成部件，其 具有体积大，结构复杂，钎焊后焊接质量要求高(钎焊后UT扫描在流道附近3mm 范围内不允许出现缺陷，其余范围不允许缺陷长度超过30mm；钎焊缝金相条件 下距侧表面2mm范围以外不允许出现细小孔洞及溶蚀等缺陷)。

一直以来，该冷板由美国采用NOCKLOCK钎焊生产，但NOCKLOCK钎焊工艺方 法残留的钎剂无法去除，在使用过程中出现冷板腐蚀现象，对整机使用带来极大 风险。由于冷板的尺寸很大(长1280mm、高334mm、厚60mm)，材料为6061铝 合金(6061固液相温度为582～652℃)，常规的工艺方法焊接后容易溶蚀母材 在钎焊缝出现较多缺陷，该产品一直很难实现国产化。

国内目前6061冷板均采用传统的真空钎焊，其焊接时的温度曲线如图3所 示，室温～400℃(升温35～40min；保温时间：60～80min、真空度：＞8.0× 10^-2)；400～530℃(升温15～20min；保温时间：60～80min、真空度：＞8.0 ×10^-3)；530～565℃(升温10～15min；保温时间：60～80min、真空度：＞4.5 ×10^-3)；565～615℃(升温10min；保温时间：10～20min、真空度：＞3.0× 10^-3)；615～610℃(降温5min；保温时间：10～15min)，断电降温，此时产 品工件温度达到590～595℃即可。该方法生产的产品钎焊质量不高，存在缺陷 较多，并且合格率很低，还不具备生产该类高品质冷板。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计一种降低6061铝合金冷板真空钎焊缺陷 的工艺方法和夹具，提高产品钎焊质量，减少缺陷，提高合格率，能够小规模生 产该类高品质冷板。

用于医疗CT机配套研制生产的冷板要求低温差，每个高温段均需要严格控 制产品最低温度和最高温度，保证产品能够内外均匀，整体温度低于6061铝合 金过烧温度，避免因产品内外温度差异、表面温度高导致钎料流动不均匀以及过 烧等现象引起的真空钎焊焊接缺陷。焊接后的低缺陷，必须是UT、金相均满足 要求。

本发明的技术方案如下(本发明中真空钎焊真空度所使用单位为帕斯卡 (Pa))：

一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法，包括冷板工件在真空钎焊 炉中的升温，保温和降温，各温度区间的要求如下：

(1)升温区间：室温～430℃，升温耗时30～40min；

(2)430℃保温，保温时间：60～90min，真空度：＞2.0×10^-2；

(3)升温区间：430～530℃，升温耗时20min；

(4)530℃保温，保温时间：120～150min、真空度：＞7.5×10^-3；

(5)升温区间：530～570℃，升温耗时20min；

(6)570℃保温，保温时间：120～150min、真空度：＞6.7×10^-3，且最 低工件温度不低于556℃；

(7)升温区间：570～600℃，升温耗时20min；

(8)600℃保温，保温时间：25～30min，且最低工件温度达到573℃， 最高温度不超过581℃；

(9)降温区间：600～595℃，降温耗时5min；

(10)595℃保温，保温时间：10～15min，且最低工件温度达到578℃， 最高温度不超过584℃；

(11)降温区间：595～591℃，降温耗时5min；

(12)591℃保温，保温时间：40～45min，且最低工件温度达到582±2℃， 即可断电降温。

所述室温温度范围为15～35℃。

特别的，所述室温温度为25℃。

6061铝合金冷板的板面宽、厚度厚、焊接面广、传热速度慢、固相温度低 等特点，而温度过高6061铝合金易出现溶蚀缺陷，温度过低4004钎料流动性不 良，易出现钎料填充不够，甚至出现大面积脱焊等缺陷；因此在常规钎焊参数下， 产品在焊接区的均温性差容易导致保温时间不够而产生内外温度差异过大；钎焊 温度过高而产生钎料流失、熔蚀、过烧等现象。本发明的真空焊接参数与常规产 品参数比较，将565℃提升到570℃，减少570℃保温段到钎焊高温温度的 升温梯度；在530℃、570℃延长保温时间到120～150min，减小产品内外温差， 能够保证产品在各温度段的均温性，并将高温段设置为600℃～595℃～591℃， 并且每个高温段均需要严格控制产品最低温度和最高温度，保证产品能够内外均 匀的达到582±2℃，并且表面温度始终低于584℃，避免因产品内外温度差异、 表面温度高导致钎料流动不均匀以及过烧等现象。因此，本发明的参数低温差， 整体温度低于6061铝合金过烧温度，能够得到外观合格且具有低缺陷高品质的 6061铝合金冷板。

一种用于降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，包括通过立杆 连接的上盖板和下盖板；

所述上盖板下方依次为上不锈钢板、弹簧和垫板；

所述下盖板上方为下不锈钢板。

所述立杆共20根，沿着上盖板和下盖板的轮廓边缘周向分布。

所述立杆通过螺纹分布与上盖板和下盖板相连，立杆包括螺杆，螺杆外侧为 套筒，螺杆的一端与螺母相连。

所述弹簧共有32个，且相互间独立。

所述上盖板和下盖板上均设置有镂空区。

所述上不锈钢板、垫板和下不锈钢板的外形轮廓与工件的外形轮廓一致。

本发明不用拆卸又能同时保证钎焊质量和防止变形，夹具采用各部位弹簧独 立压紧式设计，每个区域采用独立的弹簧压紧。

本发明能够实现污染小、低能耗、高效率的生产低缺陷高品质的6061铝合 金冷板。本发明实现了该类冷板的国产化，将大大降低6061铝合金真空钎焊缺 陷，提升产品品质，同时提升企业国际形象。

附图说明

图1是采用本发明的夹具装夹后的工件示意图；

图2是本发明的温度曲线图；

图3是现有技术的温度曲线图；

图4为采用本发明工艺方法的冷板产品UT图；

图5为现有技术的冷板产品UT图；

图6和图7为现有技术的冷板产品金相图；

图8和图9为采用本发明工艺方法的冷板产品金相图

图10～12为上(下)盖板结构三视图；

图13～15为上(下)不锈钢板结构三视图；

图16～18为垫板结构三视图；

图19和图20为立杆结构示意图；

图21～23为工件结构三视图；

图24为上盖板镂空区域视图；

图25为下盖板镂空区域视图；

图26为弹簧在冷板工件上的分布示意图。

具体实施方式

如图1所示，为用于6061铝合金冷板真空钎焊的夹具，该夹具结构采用各 部位弹簧独立压紧设计，包括一个下盖板1(如图10～12，图25)、一个上盖板 2(如图10～12，图24)、一块上不锈钢板4(如图13～15)、一块下不锈钢板6 (如图13～15)、一块垫板3(如图16～18)、20根立杆7(如图19和图20)、 以及32个弹簧5(如图26，弹簧沿冷板长度和宽度方向对称分布，弹簧间距为 18～20cm之间)。

20根立杆7通过螺纹将上、下盖板链接固定。工作时通过液压机将上盖板2 下压，下压到规定压力后，将20根立杆7按照图1中所示顺序(图中圆圈内的 数字，即 )，利用扭矩扳手扭紧(即按照图 20将20根立杆7依次用手预紧，将装配好夹具的工件放在液压机上按照图中螺 母锁紧中受力点加载20Mpa力，并用扭力扳手按照图中序号由小到大依次锁紧)。 采用各部位弹簧独立压紧是为了解决该类大产品夹具焊接变形导致钎焊过程各 部位受力不均问题。同时采用各部位弹簧独立压紧也有利于产品热量传递。其上、 下盖板镂空部位主要是为了使热量能更快地传递到产品上，在产品钎焊过程中可 以使产品均温性更好，缩短产品升温所需时间；本发明能很好的保证产品钎焊过 程中各部位均能保持所需压力，并能补偿反复使用后的夹具变形问题的影响，为 实现降低6061铝合金真空钎焊缺陷提供保障。

装夹完成后按照图2所示的温度曲线进行真空钎焊，即：

25℃～430℃(升温30～40min；保温时间：60～90min、真空度：＞2.0×10^-2)； 430～530℃(升温20min；保温时间：120～150min、真空度：＞7.5×10^-3)； 530～570℃(升温20min；保温时间：120～150min、真空度：＞6.7×10^-3；最 低工件温度不低于556℃)；

570～600℃(升温20min；保温时间：25～30min；最低工件温度达到573℃， 最高温度不超过581℃)；

600～595℃(降温5min；保温时间：10～15min；最低工件温度达到578℃， 最高温度不超过584℃)；

595～591℃(降温5min；保温时间：40～45min；最低工件温度达到582±2℃)， 即可断电降温。

本发明实现了用同一设备(即原有设备)，在不拆卸夹具，不增加额外设备 和工序的同时实现降低6061铝合金真空钎焊缺陷。

采用上述工艺方法焊接的冷板UT图如图4所示，作为对比，图5为现有工 艺参数下的冷板UT图，从上述图片可知，采用本发明焊接的冷板UT未见缺陷， 而现有方法存在明显的缺陷区域，本发明能够得到外观合格且具有低缺陷高品质 的6061铝合金冷板。

如图6和图7所示，为现有技术生产的冷板金相图，其中图6可见焊缝接头 处存在孔洞缺陷，接头不连续，图7中可见焊缝接头处存在孔洞缺陷，接头不连 续。作为对比，图8和图9为采用本发明工艺方法加工的冷板金相图，焊缝接头 处连续，饱满。从上述图片可知，本发明的工艺方法能够得到外观合格且具有低 缺陷高品质的6061铝合金冷板。

Claims (9)

1.一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法，包括冷板工件在真空钎焊炉中的升温，保温和降温，其特征在于：

(1)升温区间：室温～430℃，升温耗时30～40min；

(2)430℃保温，保温时间：60～90min，真空度：＞2.0×10^-2；

(3)升温区间：430～530℃，升温耗时20min；

(4)530℃保温，保温时间：120～150min、真空度：＞7.5×10^-3；

(5)升温区间：530～570℃，升温耗时20min；

(6)570℃保温，保温时间：120～150min、真空度：＞6.7×10^-3，且最低工件温度不低于556℃；

(7)升温区间：570～600℃，升温耗时20min；

(8)600℃保温，保温时间：25～30min，且最低工件温度达到573℃，最高温度不超过581℃；

(9)降温区间：600～595℃，降温耗时5min；

(10)595℃保温，保温时间：10～15min，且最低工件温度达到578℃，最高温度不超过584℃；

(11)降温区间：595～591℃，降温耗时5min；

(12)591℃保温，保温时间：40～45min，且最低工件温度达到582±2℃，即可断电降温。

2.根据权利要求1所述的一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法，其特征在于：所述室温温度范围为15～35℃。

3.根据权利要求1所述的一种降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法，其特征在于：所述室温温度为25℃。

4.一种用于权利要求1所述降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，

其特征在于：包括通过立杆(7)连接的上盖板(2)和下盖板(1)；

所述上盖板(2)下方依次为上不锈钢板(4)、弹簧(5)和垫板(3)；

所述下盖板(1)上方为下不锈钢板(6)。

5.根据权利要求4所述的一种用于降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，其特征在于：所述立杆(7)共20根，沿着上盖板(2)和下盖板(1)的轮廓边缘周向分布。

6.根据权利要求5所述的一种用于降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，其特征在于：所述立杆(7)包括螺杆，螺杆外侧为套筒，螺杆的一端与螺母相连。

7.根据权利要求4所述的一种用于降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，其特征在于：所述弹簧(5)共有32个，且相互间独立。

8.根据权利要求4所述的一种用于降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，其特征在于：所述上盖板(2)和下盖板(1)上均设置有镂空区。

9.根据权利要求4所述的一种用于降低6061铝合金真空钎焊缺陷的工艺方法的夹具，其特征在于：所述上不锈钢板(4)、垫板(3)和下不锈钢板(6)的外形轮廓与工件(8)的外形轮廓一致。