CN112705913A - 一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，该方法包括：一、设计分割方案；二、准备材料；三、机械加工；四、一次表面处理；五、热压扩散焊接；六、二次表面处理；七、装配拼焊；八、热处理；九、后处理。本发明采用“分割‑拼焊”的设计思路，将目标产物铜或铜合金冷却板件分割成不同板块并采用热压扩散焊接法进行焊接，得到大规格的具有导流通道的铜或铜合金冷却板件，有效提高了焊接界面的强度和结合率，解决了金属冷却板材加工过程中局部无法焊透的难题，提高冷却板件的尺寸精度，实现了大规格冷却板材的加工制造，解除了热加工炉炉膛尺寸对冷却板材加工尺寸的限制。

Description

一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法
技术领域
本发明属于金属复合材料制备技术领域，具体涉及一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法。
背景技术
金属冷却板件是指内部开有贯通性导流通道，并开口于表面的金属板件，其基本结构如图1所示，主要用于工业中封闭、半封闭性高温腔体降温的场合，如炉体、反应釜、发动机腔体等。通常，金属冷却板件安装在高温腔体的外部，腔体上的热量可以通过传导或者辐射的方式传递到金属冷却板板件。工作过程中，冷却介质由金属冷却板件导流通道的一端流入，吸收板件上的热量，再由另一端流出，从而达到为高温腔体降温的目的。
根据不同应用场合，冷却介质的入口端和出口端可以位于冷却板件的同侧或异侧；导流通道可以为单通道或多通道；其截面形状通常为矩形、圆形等；冷却板件的整体形状可以为平面，也可以为空间曲面；其材质可为铸铁、钢以及有色金属等。
根据加工手段侧重点的不同，金属冷却板件的加工方法可分两类：机械加工法和材料加工法。机械加工法是指，采用钻、铰、镗、拉等机械加工手段先在金属板内部加工出导流通道的，然后借助常规焊接方法(如电弧焊、二保焊、氩弧焊等)将导流通道的边部密封。这种方法的优点是工艺简单，加工制造成本低，但存在局部材料无法焊透，导流通道截面为矩形时无法加工等问题。材料加工方法是指，先采用机械加工方法(以铣削加工为主)在两块金属板表面分别加工出半截面形导流通道，制出上板和下板；然后将上板和下板上带有导流通道的一面对正并连接。根据上板和下板连接方法的不同，该方法又可进一步细分为激光焊接法、爆炸焊接法和热压扩散法。其中，激光焊接法工艺简单，操作灵活，但存在焊接量大，上板和下板之间残留大量无法焊透的区域等问题。爆炸焊接法可实现整板焊接，焊缝强度可靠，但爆炸焊接过程中，强大的冲击力往往造成导流通道的变形，甚至毁坏，控制难度较大。热压扩散法可以实现全板面的可靠焊接，同时可采取多种手段保护导流通道的截面形状及尺寸不受影响，但该方法受炉膛尺寸限制，在大规格冷却板件加工方面存在困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法。该方法采用“分割-拼焊”的设计思路，有效提高了焊接界面的强度和结合率，解决了金属冷却板材加工过程中局部无法焊透的难题，提高冷却板件的尺寸精度，实现了大规格冷却板材的加工制造，解除了热加工炉炉膛尺寸对冷却板材加工尺寸的限制。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、设计分割方案：沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的厚度方向，将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板，然后根据热压扩散焊接设备的炉膛尺寸，将上板和下板整体分割为n个板块，分别记为板块1，……，板块n，且板块1由上板块1与下板块1配合而成，……，板块n由上板块n与下板块n配合而成，其中n为不小于1的正整数，得到分割方案；
步骤二、准备材料：根据步骤一中得到的分割方案，准备相应材质及规格的材料，并预留加工余量；
步骤三、机械加工：根据步骤一中得到的分割方案，分别采用机械加工的方法在步骤二中准备的材料表面加工出各板块中的上板块和下板块对应的导流通道，并在各个相邻的导流通道的端部加工出连接槽，得到上板块1～上板块n和下板块1～下板块n，同时加工得到与各相邻连接槽尺寸匹配的连接件；所述连接件的材质与目标产物铜或铜合金冷却板件的材质相同；
步骤四、一次表面处理：采用机械法去除步骤三中得到的上板块1～上板块n和下板块1～下板块n待焊接表面覆盖的氧化层污染物，然后采用有机溶剂进行去油处理，得到表面处理后的上板块1～上板块n和下板块1～下板块n；
步骤五、热压扩散焊接：将步骤四中经表面处理后的上板块1与下板块1装配后放置于模具中进行热压扩散焊接，得到第1区板块，然后将其他上板块和下板块对应装配并重复所述热压扩散焊接的工艺，直至得到第n区板块；所述热压扩散焊接的具体过程为：在下板块1的除导流通道截面以外的待焊表面上铺设钎料，然后装配上板块1并保证两者导流通道对正，得到第1区预制体，将第1区预制体转移至模具中并装入热压扩散焊接设备的炉膛中，进行热压扩散焊接；
步骤六、二次表面处理：采用机械法去除步骤五中得到的第1区板块～第n区板块中连接槽及其他待焊表面、步骤三中加工的连接件表面覆盖的氧化层污染物，然后采用有机溶剂进行去油处理，得到表面处理后的第1区板块～第n区板块和连接件；
步骤七、拼焊：将步骤六中得到的表面处理后的第1区板块～第n区板块中相邻板块之间进行装配，并将步骤六中经表面处理后的连接件对应装入相邻板块之间的连接槽中，先采用点焊固定，然后采用钨极氩弧焊的方法进行拼接堆焊，实现第1区板块～第n区板块中相邻板块的连接，得到铜或铜合金冷却板件粗坯；所述点焊和堆焊采用的焊丝材质与铜或铜合金冷却板件的材质相同；
步骤八、热处理：将步骤七中得到的铜或铜合金冷却板件粗坯的表面涂覆防氧化涂料后放置于空气炉内进行热处理；
步骤九、后处理：对步骤八中经热处理后的铜或铜合金冷却板件粗坯进行校平和精加工，然后进行去应力退火，再进行表面打磨处理，得到铜或铜合金冷却板件；所述铜或铜合金冷却板件的长度或宽度在600mm以上。
本发明根据目标产物铜或铜合金冷却板件中导流通道的结构，将铜或铜合金冷却板件按规律分割成上板块1～上板块n，以及下板块1～下板块n，然后采用热压扩散焊接的方法将对应的上板块与下板块焊接形成各区板块，利用瞬时液相扩散焊接的原理，有效提高了焊接界面的强度和结合率，解决了金属冷却板材加工过程中局部无法焊透的难题，同时借助辅助成型的模具，有效保护各区板块中导流通道的形状和尺寸不受影响，提高冷却板件的尺寸精度；再采用拼接堆焊的方法将各区板块焊接成整体，从而将各区板块的导流通道连接，得到具有导流通道的铜或铜合金冷却板件，实现了大规格冷却板材的加工制造，解除了热加工炉的炉膛尺寸对冷却板材加工尺寸的限制。
本发明设计分割方案的过程中，由于目前工业上使用的冷却板件内部的导流通道截面形状只有圆形和矩形两种，且导流通道分布在与板面平行的同一平面内，因此只需采用两分法将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板，即可解决常规加工方法无法完成的冷却板件内部弯曲通道加工。进一步地，当冷却板件的导流通道的截面为复杂形状时，可采用多分法进行分割。
本发明机械加工的过程中，采用在各个相邻导流通道的端部加工出连接槽，并加工到与各相邻连接槽尺寸匹配的连接件，在后续的结合拼焊的过程中，将对应表面处理后的连接件装入相邻板块之间的连接槽中，调整好板块之间的距离，采用点焊的方法使得连接件固定连接在连接槽上，然后用钨极氩弧焊的方法对相邻板块进行拼接堆焊，相邻板块之间预留一定间隙，而非侧面相贴。通过该焊接工艺避免了不同板块焊接过程中在导流通道的内壁形成焊渣、从而影响后续使用。同时，导流通道的截面形状决定了连接件的形状，以实现连接件与连接槽的形状尺寸匹配，目前工业上导流通道的截面形状多为矩形，很少为圆形，其他形状尚未见诸报道。
本发明后处理中的精加工是指采用机械加工的方法将经热处理后的铜或铜合金冷却板件粗坯加工到铜或铜合金冷却板件的设计尺寸。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤一中沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的厚度中心方向，将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板；或者沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的厚度方向中导流通道的顶面，将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板。该划分方式简单，容易实现。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤一中沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的长度方向，将上板和下板整体分割为n个板块。根据长度进行整体分割，从而得到适合加工的板块尺寸，有效克服了热加工炉炉膛尺寸的限制。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤二中所述材料的材质为T1铜、T2铜、TU1铜、TU2铜和C18150铜合金。该优选材质的材料为常用的冷却板件材质，且导热性好，焊接性能好，易于切削加工，尤其是C18150铜合金具有较高的强度。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤三中所述导流通道的截面形状为矩形且各处截面形状和尺寸相同，所述连接件为方形框，其中外框的长度L＝L0+(1～3)mm，宽度W＝W0+(1～3)mm，内框的长度l和宽度w与导流通道截面的长度和宽度相等，方形框的厚度为5mm～10mm，其中L0为导流通道截面的长度，W0为导流通道截面的宽度，L0和W0的单位均为mm。该优选的连接件形状适用于大部分冷却板件的形状要求，且连接件的形状既保证了冷却板件的充分焊透，又避免了连接件在堆焊过程中被熔化、失去连接的作用。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤五中所述模具的材质为质量纯度大于99.99％的石墨，模具的型腔深度h模具＝h板件-(0.1～0.5)mm，其中h板件为对应经表面处理后的上板块与下板块的总厚度；所述热压扩散焊接的工艺参数为：真空度数值不大于1.0×10-3Pa，加热温度为740℃～780℃，保温时间为10min～30min，施加压力为0.1MPa～0.6MPa，热压扩散焊接完成后随炉缓慢冷却至室温。该优选尺寸及材质的模具有利于保证上板块与下板块的连接强度，且上板块与下板块的界面附近不存在明显的钎焊层及孔洞缺陷，同时，经热压扩散焊接得到的第1区板块～第n区板块的整体变形量小，且表面无氧化。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤五中所述钎料为Ag-Cu-In-Ti系钎料，由以下质量含量的成分组成：Cu25.0％～25.8％，Ti 3.2％～3.8％，In 1.2％～1.7％，Ni 1.5％～2.0％，Mn1.6％～2.2％，余量为Ag；所述钎料为箔材，厚度为50μm～100μm。该成分的钎料与金属铜的固溶性好，部分微量元素的添加可增加焊缝的强度，同时该成分的钎料流动性好，在铜表面具有良好的铺展性；优选钎料的形式为箔材，操作方便，添加量容易控制；优选箔材厚度为50μm～100μm，结合740℃～780℃的连接温度实现了铜的瞬时液相的连接，消除明显的钎料层的影响，提高了界面结合强度。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤八中所述铜冷却板件粗坯的热处理的过程为：加热至540℃～560℃并保温30min～60min，冷却至200℃以下出炉并水冷；步骤八中所述铜合金冷却板件粗坯中C18150铜合金冷却板件粗坯的热处理的过程为：首先加热至980℃～1020℃并保温30min～60min，出炉后水冷，然后加热至440℃～480℃并保温180min～240min，冷却至200℃以下出炉并水冷。该优选的铜冷却板件粗坯的热处理过程有效消除了堆焊产生的应力，有利于稳定尺寸；优选的C18150铜合金冷却板件粗坯的热处理过程包括固溶和时效，有效提高了C18150铜合金冷却板件的强度，同时消除堆焊应力，稳定尺寸。
上述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤九中所述去应力退火的过程为：加热至420℃～460℃并保温60min～90min，冷却至200℃以下出炉并水冷。该优选的去应力退火过程有利于消除校平和精加工过程中产生的应力，防止板件使用过程中变形，同时该工艺优选在空气炉中进行，以尽量减少氧化，提高铜或铜合金冷却板件的质量。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用“分割-拼焊”的设计思路，将目标产物铜或铜合金冷却板件分割成不同板块，然后采用热压扩散焊接的方法将对应的上板块与下板块焊接形成各区板块，有效提高了焊接界面的强度和结合率，解决了金属冷却板材加工过程中局部无法焊透的难题，有效保护各区板块中导流通道的形状和尺寸不受影响，提高冷却板件的尺寸精度，再结合拼焊得到具有导流通道的铜或铜合金冷却板件，实现了大规格冷却板材的加工制造问题，解除了热加工炉炉膛尺寸对冷却板材加工尺寸的限制。
2、本发明采用瞬时液相扩散焊原理，提高了上板块与下板块连接界面的强度及结合率，同时借助辅助成型模具能够有效地保护导流通道的形状及尺寸不受影响，提高了冷却板件的尺寸精度。
3、本发明解决了铜或铜合金冷却板件加工过程中局部无法焊透的问题，提高了连接界面的结合率，从而提高了铜或铜合金冷却板件的整体强度及可靠性。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有技术金属冷却板件的结构示意图。
图2a为本发明实施例1和实施例3中沿厚度中心方向分割的示意图。
图2b为本发明实施例1和实施例3中分割方案的示意图。
图3a为本发明实施例2和实施例4中沿厚度中心方向分割的示意图。
图3b为本发明实施例2和实施例4中分割方案的示意图。
图4为本发明实施例1～实施例4的连接件的结构示意图。
图5为本发明预制体转移至模具中后的结构示意图。
图6为本发明拼焊工艺的装配示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、设计分割方案：沿着目标产物T1铜冷却板件(宽×长×高为300mm×600mm×30mm)的厚度中心方向，将T1铜冷却板件分割为上板和下板，如图2a所示，然后根据热压扩散焊接设备的炉膛尺寸，沿着T1铜冷却板件的长度方向将上板和下板整体分割为2个板块，分别记为板块1，板块2，且板块1由上板块1与下板块1配合而成，板块2由上板块1与下板块2配合而成得到分割方案，如图2b所示；所述目标产物T1铜冷却板件中导流通道的截面形状为矩形(长×宽为18mm×16mm)；
步骤二、准备材料：根据步骤一中得到的分割方案，准备4块宽×长×高均为300mm×300mm×15mm的T1铜板块，并预留加工余量；
步骤三、机械加工：根据步骤一中得到的分割方案，分别采用机械加工的方法在步骤二中准备的4块T1铜板块表面加工出各板块中的上板块和下板块对应的导流通道，并在各个相邻导流通道的端部加工出连接槽，得到上板块1、上板块2和下板块1、下板块2，同时加工得到与各相邻连接槽尺寸匹配的T1铜连接件；
所述T1铜连接件为矩形框，其中外框的长度L为19mm～21mm，宽度W为17mm～19mm，内框的长度为18mm，宽度为16mm，矩形框的厚度h为5mm；
步骤四、一次表面处理：采用机械法去除步骤三中得到的板块1、上板块2和下板块1、下板块2待焊接表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的板块1、上板块2和下板块1、下板块2；
步骤五、热压扩散焊接：将步骤四中经表面处理后的上板块1与下板块1装配后放置于模具中进行热压扩散焊接，得到第1区板块，然后将上板块2与下板块2对应装配并重复所述热压扩散焊接的工艺，得到第2区板块；所述热压扩散焊接的具体过程为：在下板块1的除导流通道截面以外的待焊表面上铺设钎料，然后装配上板块1并保证两者导流通道对正，得到第1区预制体，将第1区预制体转移至模具中并装入热压扩散焊接设备的炉膛中，进行热压扩散焊接；
所述钎料为Ag-Cu-In-Ti系钎料，由以下质量含量的成分组成：Cu25.0％，Ti3.2％，In 1.2％，Ni 1.5％，Mn 1.6％，余量为Ag；所述钎料为厚度50μm的箔材；
所述模具的材质为质量纯度99.999％的石墨，模具的型腔深度h模具＝29.9mm；所述热压扩散焊接的工艺参数为：真空度为1.0×10-3Pa，加热温度为740℃，保温时间为10min，施加压力为0.1MPa，热压扩散焊接完成后随炉缓慢冷却至室温；
步骤六、二次表面处理：采用机械法去除步骤五中得到的第1区板块和第2区板块中连接槽及其他待焊表面、步骤三中加工的T1铜连接件表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的第1区板块和第2区板块及T1铜连接件；
步骤七、拼焊：将步骤六中得到的表面处理后的第1区板块和第2区板块进行装配，并将对应表面处理后的T1铜连接件装入第1区板块和第2区板块之间的连接槽中，先采用点焊固定，然后采用钨极氩弧焊的方法进行拼接堆焊，实现第1区板块和第2区的连接，得到T1铜冷却板件粗坯；所述堆焊采用的焊丝材质为T1铜；
步骤八、热处理：将步骤七中得到的T1铜冷却板件粗坯的表面涂覆防氧化涂料后放置于空气炉内进行热处理；所述T1铜冷却板件粗坯进行热处理的过程为：加热至540℃并保温30min，冷却至200℃以下出炉并水冷；
步骤九、后处理：对步骤八中经热处理后的T1铜冷却板件粗坯进行校平和精加工，然后进行去应力退火，再进行表面打磨处理，得到T1铜冷却板件；所述去应力退火的过程为：加热至420℃并保温60min，冷却至200℃以下出炉并水冷。
本实施例中冷却板件的材质还可替换为T2铜、TU1铜或TU2铜。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、设计分割方案：沿着目标产物TU1铜冷却板件(宽×长×高为350mm×800mm×40mm)的厚度方向中导流通道的顶面，将TU1铜冷却板件分割为上板和下板，如图3a所示，然后根据热压扩散焊接设备的炉膛尺寸，沿着TU1铜冷却板件的长度方向将上板和下板整体分割为2个板块，分别记为板块1，板块2，且板块1由上板块1与下板块1配合而成，板块2由上板块1与下板块2配合而成得到分割方案，如图3b所示；所述目标产物TU1铜冷却板件中导流通道的截面形状为正方形(长×宽为24mm×24mm)；
步骤二、准备材料：根据步骤一中得到的分割方案，准备2块宽×长×高均为350mm×400mm×8mm的TU1铜板块和2块宽×长×高均为350mm×400mm×32mm的TU1铜板块，并预留加工余量；
步骤三、机械加工：根据步骤一中得到的分割方案，分别采用机械加工的方法在步骤二中准备的2块宽×长×高均为350mm×400mm×8mm的TU1铜板块和2块宽×长×高均为350mm×400mm×32mm的TU1铜板块表面对应加工出各板块中的上板块和下板块对应的导流通道，并在各个相邻导流通道的端部加工出连接槽，得到上板块1、上板块2和下板块1、下板块2，同时加工得到与各相邻连接槽尺寸匹配的TU1铜连接件；
所述TU1铜连接件为正方形框，其中外框的长度L为25mm～27mm，宽度W为25mm～27mm，内框的长度为24mm，宽度为24mm，矩形框的厚度h为5mm；
步骤四、一次表面处理：采用机械法去除步骤三中得到的板块1、上板块2和下板块1、下板块2待焊接表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的板块1、上板块2和下板块1、下板块2；
步骤五、热压扩散焊接：将步骤四中经表面处理后的上板块1与下板块1装配后放置于模具中进行热压扩散焊接，得到第1区板块，然后将上板块2与下板块2对应装配并重复所述热压扩散焊接的工艺，得到第2区板块；所述热压扩散焊接的具体过程为：在下板块1的除导流通道截面以外的待焊表面上铺设钎料，然后装配上板块1并保证两者导流通道对正，得到第1区预制体，将第1区预制体转移至模具中并装入热压扩散焊接设备的炉膛中，进行热压扩散焊接；
所述钎料为Ag-Cu-In-Ti系钎料，由以下质量含量的成分组成：Cu25.8％，Ti3.8％，In 1.7％，Ni 2.0％，Mn 2.2％，余量为Ag；所述钎料为厚度100μm的箔材；
所述模具的材质为质量纯度99.995％的石墨，模具的型腔深度h模具＝39.5mm；所述热压扩散焊接的工艺参数为：真空度为1.0×10-4Pa，加热温度为780℃，保温时间为30min，施加压力为0.6MPa，热压扩散焊接完成后随炉缓慢冷却至室温
步骤六、二次表面处理：采用机械法去除步骤五中得到的第1区板块和第2区板块中连接槽及其他待焊表面、步骤三中加工的TU1铜连接件表面覆盖的氧化层污染物，然后采用丙酮进行去油处理，得到表面处理后的第1区板块和第2区板块及TU1铜连接件；
步骤七、拼焊：将步骤六中得到的表面处理后的第1区板块和第2区板块之间进行装配，并将对应表面处理后的TU1铜连接件装入第1区板块和第2区板块之间的连接槽中，先采用点焊固定，然后采用钨极氩弧焊的方法进行拼接堆焊，实现第1区板块和第2区板块的连接，得到TU1铜冷却板件粗坯；所述堆焊采用的焊丝材质为TU1铜；
步骤八、热处理：将步骤七中得到的TU1铜冷却板件粗坯的表面涂覆防氧化涂料后放置于空气炉内进行热处理；所述TU1铜冷却板件粗坯进行热处理的过程为：加热至560℃并保温60min，冷却至200℃以下出炉并水冷；
步骤九、后处理：对步骤八中经热处理后的TU1铜冷却板件粗坯进行校平和精加工，然后进行去应力退火，再进行表面打磨处理，得到TU1铜冷却板件；所述去应力退火的过程为：加热至460℃并保温90min，冷却至200℃以下出炉并水冷。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、设计分割方案：沿着目标产物C18150铜合金冷却板件(宽×长×高为320mm×640mm×32mm)的厚度中心方向，将C18150铜合金冷却板件分割为上板和下板，如图2a所示，然后根据热压扩散焊接设备的炉膛尺寸，沿着C18150铜合金冷却板件的长度方向将上板和下板整体分割为2个板块，分别记为板块1，板块2，且板块1由上板块1与下板块1配合而成，板块2由上板块1与下板块2配合而成得到分割方案，如图2b所示；所述目标产物C18150铜合金冷却板件中导流通道的截面形状为矩形(长×宽为16mm×14mm)；
步骤二、准备材料：根据步骤一中得到的分割方案，准备4块宽×长×高均为320mm×320mm×16mm的C18150铜合金板块，并预留加工余量；
步骤三、机械加工：根据步骤一中得到的分割方案，分别采用机械加工的方法在步骤二中准备的4块C18150铜合金板块表面加工出各板块中的上板块和下板块对应的导流通道，并在各个相邻导流通道的端部加工出连接槽，得到上板块1、上板块2和下板块1、下板块2，同时加工得到与各相邻连接槽尺寸匹配的C18150铜合金连接件；
所述C18150铜合金连接件为矩形框，其中外框的长度L为17mm～19mm，宽度W为15mm～17mm，内框的长度为16mm，宽度为14mm，矩形框的厚度h为8mm；
步骤四、一次表面处理：采用机械法去除步骤三中得到的板块1、上板块2和下板块1、下板块2待焊接表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的板块1、上板块2和下板块1、下板块2；
步骤五、热压扩散焊接：将步骤四中经表面处理后的上板块1与下板块1装配后放置于模具中进行热压扩散焊接，得到第1区板块，然后将上板块2与下板块2对应装配并重复所述热压扩散焊接的工艺，得到第2区板块；所述热压扩散焊接的具体过程为：在下板块1的除导流通道截面以外的待焊表面上铺设钎料，然后装配上板块1并保证两者导流通道对正，得到第1区预制体，将第1区预制体转移至模具中并装入热压扩散焊接设备的炉膛中，进行热压扩散焊接；
所述钎料为Ag-Cu-In-Ti系钎料，由以下质量含量的成分组成：Cu25.4％，Ti3.4％，In 1.6％，Ni 1.7％，Mn 1.8％，余量为Ag；所述钎料为厚度60μm的箔材；
所述模具的材质为质量纯度99.995％的石墨，模具的型腔深度h模具＝31.4mm；所述热压扩散焊接的工艺参数为：真空度为5.0×10-4Pa，加热温度为760℃，保温时间为20min，施加压力为0.3MPa，热压扩散焊接完成后随炉缓慢冷却至室温
步骤六、二次表面处理：采用机械法去除步骤五中得到的第1区板块和第2区板块中连接槽及其他待焊表面、步骤三中加工的C18150铜合金连接件表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的第1区板块和第2区板块及C18150铜合金连接件；
步骤七、拼焊：将步骤六中得到的表面处理后的第1区板块和第2区板块进行装配，并将对应表面处理后的C18150铜合金连接件装入第1区板块和第2区板块之间的连接槽中，先采用点焊固定，然后采用钨极氩弧焊的方法进行拼接堆焊，得到C18150铜合金冷却板件粗坯；所述堆焊采用的焊丝材质为C18150铜合金；
步骤八、热处理：将步骤七中得到的C18150铜合金冷却板件粗坯的表面涂覆防氧化涂料后放置于空气炉内进行热处理；所述C18150铜合金冷却板件粗坯进行热处理的过程为：首先加热至980℃并保温30min，出炉后水冷，然后加热至440℃并保温180min，冷却至200℃以下出炉并水冷；
步骤九、后处理：对步骤八中经热处理后的C18150铜合金冷却板件粗坯进行校平和精加工，然后进行去应力退火，再进行表面打磨处理，得到C18150铜合金冷却板件；所述去应力退火的过程为：加热至420℃并保温80min，冷却至200℃以下出炉并水冷。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、设计分割方案：沿着目标产物C18150铜合金冷却板件(宽×长×高为400mm×760mm×50mm)的厚度方向中导流通道的顶面，将C18150铜合金冷却板件分割为上板和下板，如图3a所示，然后根据热压扩散焊接设备的炉膛尺寸，沿着T1铜冷却板件的长度方向将上板和下板整体分割为2个板块，分别记为板块1，板块2，且板块1由上板块1与下板块1配合而成，板块2由上板块1与下板块2配合而成得到分割方案，如图3b所示；所述目标产物C18150铜合金冷却板件中导流通道的截面形状为矩形(长×宽为28mm×24mm)；
步骤二、准备材料：根据步骤一中得到的分割方案，准备2块宽×长×高均为400mm×380mm×11mm的C18150铜合金板块和2块宽×长×高均为400mm×380mm×39mm的C18150铜合金板块，并预留加工余量；
步骤三、机械加工：根据步骤一中得到的分割方案，分别采用机械加工的方法在步骤二中准备的2块宽×长×高均为400mm×380mm×11mm的C18150铜合金板块和2块宽×长×高均为400mm×380mm×39mm的C18150铜合金板块表面对应加工出各板块中的上板块和下板块对应的导流通道，并在各个相邻导流通道的端部加工出连接槽，得到上板块1、上板块2和下板块1、下板块2，同时加工得到与各相邻连接槽尺寸匹配的C18150铜合金连接件；
所述C18150铜合金连接件为矩形框，其中外框的长度L为29mm～31mm，宽度W为25mm～27mm，内框的长度为28mm，宽度为24mm，矩形框的厚度h为10mm；
步骤四、一次表面处理：采用机械法去除步骤三中得到的板块1、上板块2和下板块1、下板块2待焊接表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的板块1、上板块2和下板块1、下板块2；
步骤五、热压扩散焊接：将步骤四中经表面处理后的上板块1与下板块1装配后放置于模具中进行热压扩散焊接，得到第1区板块，然后将上板块2与下板块2对应装配并重复所述热压扩散焊接的工艺，得到第2区板块；所述热压扩散焊接的具体过程为：在下板块1的除导流通道截面以外的待焊表面上铺设钎料，然后装配上板块1并保证两者导流通道对正，得到第1区预制体，将第1区预制体转移至模具中并装入热压扩散焊接设备的炉膛中，进行热压扩散焊接；
所述钎料为Ag-Cu-In-Ti系钎料，由以下质量含量的成分组成：Cu25.6％，Ti3.5％，In 1.5％，Ni 1.7％，Mn 1.9％，余量为Ag；所述钎料为厚度100μm的箔材；
所述模具的材质为质量纯度99.995％的石墨，模具的型腔深度h模具＝49.5mm；所述热压扩散焊接的工艺参数为：真空度为2.0×10-4Pa，加热温度为780℃，保温时间为30min，施加压力为0.6MPa，热压扩散焊接完成后随炉缓慢冷却至室温
步骤六、二次表面处理：采用机械法去除步骤五中得到的第1区板块和第2区板块中连接槽及其他待焊表面、步骤三中加工的C18150铜合金连接件表面覆盖的氧化层污染物，然后采用乙醇进行去油处理，得到表面处理后的第1区板块和第2区板块及C18150铜合金连接件；
步骤七、拼焊：将步骤六中得到的表面处理后的第1区板块和第2区板块进行装配，并将对应表面处理后的C18150铜合金连接件装入第1区板块和第2区板块之间的连接槽中，先采用点焊固定，然后采用钨极氩弧焊的方法进行拼接堆焊，实现第1区板块和第2区板块中相邻板块的连接，得到C18150铜合金冷却板件粗坯；所述堆焊采用的焊丝材质为C18150铜合金；
步骤八、热处理：将步骤七中得到的C18150铜合金冷却板件粗坯的表面涂覆防氧化涂料后放置于空气炉内进行热处理；所述C18150铜合金冷却板件粗坯进行热处理的过程为：首先加热至1020℃并保温60min，出炉后水冷，然后加热至480℃并保温240min，冷却至200℃以下出炉并水冷；
步骤九、后处理：对步骤八中经热处理后的C18150铜合金冷却板件粗坯进行校平和精加工，然后进行去应力退火，再进行表面打磨处理，得到C18150铜合金冷却板件；所述去应力退火的过程为：加热至460℃并保温90min，冷却至200℃以下出炉并水冷。
图4为本发明加工的连接件的结构示意图，图4中连接件的外框的长度L＝L0+(1～3)mm，宽度W＝W0+(1～3)mm，内框的长度和宽度与连接件连接处的导流通道截面的长度l和宽度w相等，方形框的厚度h为5mm～10mm，其中L0为连接件连接处的导流通道截面的长度，W0为连接件连接处的导流通道截面的宽度，L0和W0的单位均为mm。
图5为本发明预制体转移至模具中后的结构示意图，图5中模具的型腔深度h模具＝h板件-(0.1～0.5)mm，其中h板件为预制体中上板块和下板块的总厚度。
图6位本发明拼焊工艺的装配示意图，从图6可以看出，第1区板块～第n区板块的相邻板块之间进行装配，并将对应表面处理后的连接件装入相邻板块之间的连接槽中进行堆焊，在相邻板块与表面处理后的连接件之间形成堆焊焊缝，得到具有导流通道的冷却板件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、设计分割方案：沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的厚度方向，将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板，然后根据热压扩散焊接设备的炉膛尺寸，将上板和下板整体分割为n个板块，分别记为板块1，……，板块n，且板块1由上板块1与下板块1配合而成，……，板块n由上板块n与下板块n配合而成，其中n为不小于1的正整数，得到分割方案；
步骤二、准备材料：根据步骤一中得到的分割方案，准备相应材质及规格的材料，并预留加工余量；
步骤三、机械加工：根据步骤一中得到的分割方案，分别采用机械加工的方法在步骤二中准备的材料表面加工出各板块中的上板块和下板块对应的导流通道，并在各个相邻的导流通道的端部加工出连接槽，得到上板块1～上板块n和下板块1～下板块n，同时加工得到与各相邻连接槽尺寸匹配的连接件；所述连接件的材质与目标产物铜或铜合金冷却板件的材质相同；
步骤四、一次表面处理：采用机械法去除步骤三中得到的上板块1～上板块n和下板块1～下板块n待焊接表面覆盖的氧化层污染物，然后采用有机溶剂进行去油处理，得到表面处理后的上板块1～上板块n和下板块1～下板块n；
步骤五、热压扩散焊接：将步骤四中经表面处理后的上板块1与下板块1装配后放置于模具中进行热压扩散焊接，得到第1区板块，然后将其他上板块和下板块对应装配并重复所述热压扩散焊接的工艺，直至得到第n区板块；所述热压扩散焊接的具体过程为：在下板块1的除导流通道截面以外的待焊表面上铺设钎料，然后装配上板块1并保证两者导流通道对正，得到第1区预制体，将第1区预制体转移至模具中并装入热压扩散焊接设备的炉膛中，进行热压扩散焊接；
步骤六、二次表面处理：采用机械法去除步骤五中得到的第1区板块～第n区板块中连接槽及其他待焊表面、步骤三中加工的连接件表面覆盖的氧化层污染物，然后采用有机溶剂进行去油处理，得到表面处理后的第1区板块～第n区板块和连接件；
步骤七、拼焊：将步骤六中得到的表面处理后的第1区板块～第n区板块中相邻板块之间进行装配，并将步骤六中经表面处理后的连接件对应装入相邻板块之间的连接槽中，先采用点焊固定，然后采用钨极氩弧焊的方法进行拼接堆焊，实现第1区板块～第n区板块中相邻板块的连接，得到铜或铜合金冷却板件粗坯；所述点焊和堆焊采用的焊丝材质与铜或铜合金冷却板件的材质相同；
步骤八、热处理：将步骤七中得到的铜或铜合金冷却板件粗坯的表面涂覆防氧化涂料后放置于空气炉内进行热处理；
步骤九、后处理：对步骤八中经热处理后的铜或铜合金冷却板件粗坯进行校平和精加工，然后进行去应力退火，再进行表面打磨处理，得到铜或铜合金冷却板件；所述铜或铜合金冷却板件的长度或宽度在600mm以上。
2.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤一中沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的厚度中心方向，将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板；或者沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的厚度方向中导流通道的顶面，将铜或铜合金冷却板件分割为上板和下板。
3.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤一中沿着目标产物铜或铜合金冷却板件的长度方向，将上板和下板整体分割为n个板块。
4.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤二中所述材料的材质为T1铜、T2铜、TU1铜、TU2铜和C18150铜合金。
5.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤三中所述导流通道的截面形状为矩形且各处截面形状和尺寸相同，所述连接件为方形框，其中外框的长度L＝L0+(1～3)mm，宽度W＝W0+(1～3)mm，内框的长度l和宽度w与导流通道截面的长度和宽度相等，方形框的厚度为5mm～10mm，其中L0为导流通道截面的长度，W0为导流通道截面的宽度，L0和W0的单位均为mm。
6.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤五中所述模具的材质为质量纯度大于99.99％的石墨，模具的型腔深度h模具＝h板件-(0.1～0.5)mm，其中h板件为对应经表面处理后的上板块与下板块的总厚度；所述热压扩散焊接的工艺参数为：真空度数值不大于1.0×10-3Pa，加热温度为740℃～780℃，保温时间为10min～30min，施加压力为0.1MPa～0.6MPa，热压扩散焊接完成后随炉缓慢冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤五中所述钎料为Ag-Cu-In-Ti系钎料，由以下质量含量的成分组成：Cu 25.0％～25.8％，Ti 3.2％～3.8％，In 1.2％～1.7％，Ni 1.5％～2.0％，Mn 1.6％～2.2％，余量为Ag；所述钎料为箔材，厚度为50μm～100μm。
8.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤八中所述铜冷却板件粗坯的热处理的过程为：加热至540℃～560℃并保温30min～60min，冷却至200℃以下出炉并水冷；步骤八中所述铜合金冷却板件粗坯中C18150铜合金冷却板件粗坯的热处理的过程为：首先加热至980℃～1020℃并保温30min～60min，出炉后水冷，然后加热至440℃～480℃并保温180min～240min，冷却至200℃以下出炉并水冷。
9.根据权利要求1所述的一种大规格铜或铜合金冷却板件的加工方法，其特征在于，步骤九中所述去应力退火的过程为：加热至420℃～460℃并保温60min～90min，冷却至200℃以下出炉并水冷。
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