CN108115363B - 一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法，该真空钎焊工艺方法中在相变热控构件的托板上焊接圆盖板的位置外侧设置工艺槽，将钎料放置在工艺槽中，再进行钎焊固定托板和圆盖板。本发明综合考虑相变热控构件的气密性要求及尺寸公差要求，采取真空钎焊的焊接方法，从改善钎料的填缝能力入手，巧妙通过采用新的钎料的布置及定位方式，采用正反两次入炉焊接的方式，保证了钎着率，满足了密封性要求，实现了铝合金相变热控构件的焊接。

Description

一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法

技术领域

本发明涉及真空钎焊技术领域，尤其涉及一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法。

背景技术

随着电子设备越来越多采用高组装密度的大功率芯片，且体积越来越小，对散热板的要求越来越高。某相控阵体制雷达功率大且要求散热板厚度仅为5mm，采用传统的纯铝合金散热板及液冷散热板已不能满足温控要求。为此，用相变材料封装到结构件中形成相变热控构件可满足其要求，在传统液冷散热板焊接的水压要求的基础上又首次提出了气密性要求。

同时，相变热控构件为薄壁腔体结构(最小壁厚1.25mm)，对于薄板结构的相变热控构件，其与电子元件的安装面平面度要求(平面度≤0.025mm)更难于实现，因此需要采用的微变形的焊接工艺方法来实现相变构件的制造。目前用于铝合金散热板焊接变形较小的工艺方法，主要有激光焊、电子束焊和钎焊。但无论那种焊接方法，目前用来焊接的铝合金散热板都为厚板结构(≥9mm)，且大都仅仅是对钎缝提出水密性要求。所以常规的方法无法实现铝合金相变热控构件的焊接。

发明内容

鉴于以上分析，本发明提供了一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法，旨在解决现有技术无法处理小尺寸铝合金相变热控构件的焊接，无法满足气密性要求及尺寸公差要求的问题。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法，该真空钎焊工艺方法中在相变热控构件的托板上焊接圆盖板的位置外侧设置工艺槽，将钎料放置在工艺槽中，再进行钎焊固定托板和圆盖板。

该真空钎焊工艺方法的步骤为：

S1、加工铝合金相变热控构件；

S2、定位安装铝合金相变热控构件的托板和圆盖板；

S3、加工钎料成形；

S4、在托板的工艺槽中安装钎料；

S5、进行真空钎焊，焊接圆盖板和托板；

S6、对托板进行平整精加工处理。

步骤S1具体为：

使用LF21铝合金，加工铝合金相变热控构件的托板和圆盖板，并在托板上圆盖板的安装孔外侧开设一圆柱形工艺槽；托板的长、宽、高方向均预留工艺余量。

工艺槽的截面形状与圆盖板的形状相同，且工艺槽的尺寸大于圆盖板的尺寸。

步骤S2具体为：

将圆盖板安装在托板的细长孔两端的安装孔中，并调整圆盖板的位置，使圆盖板与托板之间的装配间隙小于0.03mm。

步骤S3具体为：

采用BAl86.5SiMg共晶加工钎料，钎料的形状与工艺槽的形状相同，厚度与工艺槽的深度相同。

步骤S4具体为：

将加工后的钎料安装在工艺槽中，并调整钎料位置，使钎料与托板工艺槽之间的装配间隙小于0.03mm。

步骤S5具体为：

将托板竖直放置并固定，保证钎料位于圆盖板的正上方，进行真空钎焊，焊接圆盖板与托板；

焊接完托板的细长孔一端的圆盖板后，翻转托板，对托板另一端的圆盖板进行焊接；

托板的细长孔每一端的圆盖板的数量均为9个。

步骤S6具体为：

完成对圆盖板和托板的焊接后，对托板进行精加工，至托板，满足对铝合金相变热控构件的尺寸和平面度要求。

焊接后的铝合金相变热控构件可以在1MPa的气压下，保压30min，压降不超过5‰；

焊接后的铝合金相变热控构件可以在2MPa水压下，保压30min，无漏水情况。

本发明的有益效果为：

该发明实现了多种细长孔腔体结构的铝合金相变热控构件的真空钎焊，考虑到相变构件与电子元件的安装面极高(平面度≤0.025mm)的平面度要求，步骤设计过程中在S1加工铝合金相变构件过程中预留工艺余量，并在S6对托板进行平整精加工处理过程中除去，满足了其尺寸公差要求。钎料的定位充分利用了铝合金相变构件自身的结构特征，根据通孔设计同轴的工艺槽来放置圆盖板与钎料，在S2、S4定位安装铝合金相变热控构件的托板和圆盖板、钎料过程中应用，不需再增加额外定位手段，定位效率提高100％，且可靠性好。S5相变热控构件焊接过程中考虑了重力对填缝过程的影响，采用正反两炉焊接的方式，保证每次焊接时重力对填缝起到促进作用，采用以上措施后，该相变热控构件焊接合格率由50％提高到99％以上。实现经过气密性检测，相变构件可以在1MPa的气压下，保压30min，压降不超过5‰；经过水压试验，相变构件可以在2MPa水压下，保压30min，无漏，满足了相变热控构件的使用需求。

本发明中，上述方案之间还可以相互组合，以实现更过的优先方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分优点可以从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而获得。本发明的目的和其他优点可通过所写的说明书、权利要求书、附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。在所有附图中，相同的标记序号代表相同的部件。

图1为一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法处理的合金相变热控构件的工程图；

图2为一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法的焊接部分的局部剖视图；

图3-1为一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法过程中，竖直向下填缝的示意图；

图3-2为一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法过程中，水平填缝的示意图；

图3-3为一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法过程中，竖直向上填缝的示意图；

图中：1-托板、2-圆盖板、3-钎料。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中附图构成本申请的一部分，并与本实施例一起用于阐述本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

铝合金相变热控构件为细长孔腔体结构，其结构示意图见图1所示，该构件最大长度L＝185mm，最大宽度D＝18mm，最大高度H＝68mm。其中间电子元器件安装面最小宽度d＝5mm，平面度要求≤0.025mm。其托板1内腔为细长孔连通结构，细长孔孔径为最小壁厚1.25mm。为保证相变材料的密封性，需要将细长孔的两侧通过圆盖板2焊接密封，钎缝为2圆盖板2周边的环缝。

由于铝合金材料焊接易变形且强度较低，当材料厚度小于1mm时，抗变形能力将大大下降，虽然激光焊和电子束焊焊接的散热板钎缝强度较高，但经过试验验证，其在薄板焊接过程中变形较大平面度公差≥0.5mm，这将将导致相变热控构件的壁厚尺寸小于1mm，不能满足其使用需求，故选用了钎焊的方法来进行焊接。应用于铝合金散热板封焊的钎焊方法主要有氮气保护钎焊和真空钎焊。钎焊适合于大面积的搭接钎缝，焊接变形很小平面度公差≤0.1mm。但是氮气保护钎焊由于使用了钎剂，钎缝抗蚀性能较差，考虑到相变热控构件后续处理如表面处理，焊接过程中尽量不要使用钎剂，且钎剂与相变材料的反应目前尚不明确，故不选用炉中氮气保护钎焊而选用真空钎焊的方法来进行焊接。真空钎焊的方法无钎剂可满足钎缝抗蚀性要求，但钎料3流动性较差，需通过工艺措施提高其填缝能力。

一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法，该真空钎焊工艺方法中在相变热控构件的托板1上焊接圆盖板2的位置外侧设置工艺槽，将钎料3放置在工艺槽中，再进行钎焊固定托板1和圆盖板2。

该真空钎焊工艺方法的步骤为：

S1、加工铝合金相变热控构件；使用LF21铝合金，加工铝合金相变热控构件的托板1和圆盖板2，并在托板1上圆盖板2的安装孔外侧开设工艺槽；托板1的长、宽、高方向均预留工艺余量；工艺槽的截面形状与圆盖板2的形状相同，且工艺槽的尺寸大于圆盖板2的尺寸。

S2、定位安装铝合金相变热控构件的托板1和圆盖板2；将圆盖板2安装在托板1的细长孔两端的安装孔中，并调整圆盖板2的位置，使圆盖板2与托板1之间的装配间隙小于0.03mm。

S3、加工钎料3成形；采用BAl86.5SiMg共晶加工钎料3，钎料3的形状与工艺槽的形状相同，厚度与工艺槽的深度相同。

S4、在托板1的工艺槽中安装钎料3；将加工后的钎料3安装在工艺槽中，并调整钎料3位置，使钎料3与托板1工艺槽之间的装配间隙小于0.03mm。

S5、进行真空钎焊，焊接圆盖板2和托板1；将托板1竖直放置并固定，保证钎料3位于圆盖板2的正上方，进行真空钎焊，焊接圆盖板2与托板1；焊接完托板1的细长孔一端的圆盖板2后，翻转托板1，对托板1另一端的圆盖板2进行焊接。

S6、对托板1进行平整精加工处理；完成对圆盖板2和托板1的焊接后，对托板1进行精加工，至托板1满足对铝合金相变热控构件的尺寸和平面度要求。

焊接后的铝合金相变热控构件可以在1MPa的气压下，保压30min，压降不超过5‰；

焊接后的铝合金相变热控构件可以在2MPa水压下，保压30min，无漏水情况。

考虑到最终相变构件的尺寸公差要求，托板1加工过程中在长、宽、高方向留工艺余量，焊接后再进行精加工。为保证相变热控构件的气密性要求，真空钎焊钎缝钎着率要高，钎料3要充分填满焊缝。采用新的钎料3的布置及定位方式可以促进钎料3的填缝，具体技术方案如下：一般来说，真空钎焊焊接间隙≤0.08mm时，由于毛细作用，钎料3的填缝能力较强，为同时将托板1与圆盖板2进行定位，修配两种零件的装配间隙在0.03mm以内，装配方式如图2所示，由于圆盖板2下方为细长孔径结构，且台阶孔处几无位置放置钎料3，同时钎料3如果进入孔径内很容易造成堵塞，故在圆盖板2的上方预留圆柱形工艺槽放置钎料3，加工专用的圆柱状钎料3来焊接环缝，钎料3尺寸与工艺槽配，同样通过装配间隙将钎料33与相变构件定位。

除了控制钎料3的布置及定位方式，改善毛细作用，提高钎料3的填缝能力外，相变热控构件焊接时的放置方式也将影响钎料3的填缝能力，这主要是体现在重力对钎料3的作用上。对其进行真空钎焊时有两种放置方式：水平放置和竖直放置。竖直放置时，其正、反两侧焊缝钎料3的填缝方式如图3-1、3-3所示，对于图3-1中竖直向下填缝，重力与填缝方向一致，将提高钎料3的填缝能力，填缝能力强，对于图3-3中竖直向上填缝，重力与填缝方向相反，将阻碍钎料3的填缝，填缝能力差。水平放置时，其两侧焊缝钎料3的填缝方式如图3-2所示，重力与填缝方向垂直，对填缝不起作用，但将导致钎料3向下方流动，上侧钎料3量减少，填缝能力差。由于图3-2、3-3对应的两种钎料填缝方式钎料3填缝能力差，实际钎焊过程中尽量使钎料3处于图3-1对应的竖直向下填缝状态，将可以大大提高钎着率。为此，真空钎焊时相变热控构件采用竖直放置的方式，但焊接过程采用两炉焊接的方式：先装配并焊接其中一面的钎缝，如图2所示的放置方式，保证钎料3为竖直向下填缝，焊好后，再反方向装配并焊接另一面的钎缝，保证钎料3在钎缝的上方，这样可以保证钎料3充分填缝，从而满足气密性指标要求。

实施例

对某型号的铝合金相变热控构件金溪功能焊接，具体过程如下：

铝合金相变热控构件使用LF21铝合金制造，托板1加工过程中在长、高方向留工艺余量1mm，在宽度方向留工艺余量0.5mm，焊接后再进行精加工。为将托板1与圆盖板2进行定位同时满足钎焊间隙要求，修配两种零件的装配间隙在0.03mm以内，装配方式如图2所示，在圆盖板2的上方预留圆柱形工艺槽放置钎料3，尺寸深度1mm。加工专用的圆柱状钎料3来焊接环缝，选择流动性好的BAl86.5SiMg共晶钎料3，钎料3尺寸厚度1mm，其公差与工艺槽配，同样通过装配间隙将钎料3与相变构件定位，托板1、钎料3及盖板的装配方式如图2所示。为提高填缝能力，真空钎焊时使用工装将托板1竖直放置，即图2所示的放置方式，钎料3在钎缝的上方，保证钎料3为竖直向下填缝。焊接过程一定要采取两炉焊接的方式：先装配并焊接其中一面的钎缝，焊好后，在装配并焊接另一面的钎缝，保证钎料3在钎缝的上方，否则容易导致钎料3流动不好而导致气密性不合格。

真空钎焊后，整个相变构件的平面度公差≤0.1mm，经过精加工后可满足相变热控构件的尺寸即形位公差要求。经过气密性检测，相变构件可以在1MPa的气压下，保压30min，压降不超过5‰，在2MPa水压下保压30min无漏，可以满足相变热控构件的使用需求。

综上所述，本实施例提供了一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法，本发明实现了多种细长孔腔体结构的铝合金相变热控构件的真空钎焊，满足了其尺寸公差要求。经过气密性检测，相变构件可以在1MPa的气压下，保压30min，压降不超过5‰；经过水压试验，相变构件可以在2MPa水压下，保压30min，无漏，满足了相变热控构件的使用需求。

以上所述，仅为本发明的较优实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可其轻易想到的变化和替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铝合金相变热控构件的真空钎焊工艺方法，其特征在于，所述真空钎焊工艺方法中在相变热控构件的托板(1)上焊接圆盖板(2)的位置外侧设置工艺槽，将钎料(3)放置在工艺槽中，再进行钎焊固定托板(1)和圆盖板(2)；

所述真空钎焊工艺方法的步骤为：

S1、加工铝合金相变热控构件；

S2、定位安装铝合金相变热控构件的托板(1)和圆盖板(2)；

S3、加工钎料(3)成形；

S4、在托板(1)的工艺槽中安装钎料(3)；

S5、进行真空钎焊，焊接圆盖板(2)和托板(1)；

S6、对托板(1)进行平整精加工处理；

所述步骤S1具体为：

使用LF21铝合金，加工铝合金相变热控构件的托板(1)和圆盖板(2)，并在托板(1)上圆盖板(2)的安装孔外侧开设一圆柱形工艺槽；托板(1)的长、宽、高方向均预留工艺余量；

所述步骤S5具体为：

将托板(1)竖直放置并固定，保证钎料(3)位于圆盖板(2)的正上方，进行真空钎焊，焊接圆盖板(2)与托板(1)；

焊接完托板(1)的细长孔一端的圆盖板(2)后，翻转托板(1)，对托板(1)另一端的圆盖板(2)进行焊接；

托板(1)的细长孔每一端的圆盖板(2)的数量均为9个。

2.根据权利要求1所述的真空钎焊工艺方法，其特征在于，所述工艺槽的截面形状与所述圆盖板(2)的形状相同，且所述工艺槽的尺寸大于圆盖板(2)的尺寸。

3.根据权利要求2所述的真空钎焊工艺方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

将圆盖板(2)安装在托板(1)的细长孔两端的安装孔中，并调整圆盖板(2)的位置，使圆盖板(2)与托板(1)之间的装配间隙小于0.03mm。

4.根据权利要求3所述的真空钎焊工艺方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

采用BAl86.5SiMg共晶加工钎料(3)，钎料(3)的形状与工艺槽的形状相同，厚度与工艺槽的深度相同。

5.根据权利要求4所述的真空钎焊工艺方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：

将加工后的钎料(3)安装在工艺槽中，并调整钎料(3)位置，使钎料(3)与托板(1)工艺槽之间的装配间隙小于0.03mm。

6.根据权利要求5所述的真空钎焊工艺方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：

完成对圆盖板(2)和托板(1)的焊接后，对托板(1)进行精加工，至托板(1)，满足对铝合金相变热控构件的尺寸和平面度要求。

7.根据权利要求1至6任一项所述的真空钎焊工艺方法，其特征在于，焊接后的铝合金相变热控构件可以在1MPa的气压下，保压30min，压降不超过5‰；

焊接后的铝合金相变热控构件可以在2MPa水压下，保压30min，无漏水情况。