CN112975109A - 一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺及散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺以及散热器，该方案包括以下加工步骤：在冷板基体的焊接区域上加工出涡状流道，同时形成涡状筋条；将盖板置于焊接区域进行搅拌摩擦焊，使得涡状筋条的顶部抵接盖板底部；控制搅拌摩擦焊针的焊入深度，其中所述焊入深度大于所述盖板的厚度；将走刀路径与所述涡状筋条以及焊接区域轮廓吻合形成焊接轨迹，该方案具有通过设置涡状筋条显著增强产品的抗压能力，且保证流道的间隔性，性价比高。

Description

一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺及散热器
技术领域
本发明涉及散热器制造技术领域，具体涉及一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺及散热器。
背景技术
搅拌摩擦焊(FSW)焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝中，利用高速旋转的搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热量，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形热，然后随着焊头沿着焊接界面向前移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。搅拌摩擦(FSW)是一种通过搅拌头在母材本体搅拌摩擦时把铝分子熔合到一起完成焊接的一种方法，属于固相焊接，但是由于焊接工艺特点的限制，仅限于线性的焊接轨迹，现有的搅拌摩擦焊技术仅焊接盖板与基体表层线性部分。
现有的散热器在加工过程中需要通过搅拌摩擦焊的工艺将盖板与散热器基体固定在一起，但是目前搅拌针轨迹仅为盖板与基体接触的表层线性部分，为一条圆形的线性轨迹，仅能实现盖板相对于基体的固定，并且，这种工艺因焊接面积较小，盖板与筋条接触面均没有焊合，剖视下相邻流道之间间隔性极差，不能适应强度较大的打压测试，传统工艺制造的产品最多承受10-15bar的打压，超出这个范围就会漏水，这局限了这种工艺生产出的产品的的使用范围。无法得到抗压能力强且流道间隔性好的产品。
综上，亟待需要一种抗压能力强且流道间隔性好的焊接工艺。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺及散热器。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺包括以下加工步骤：
S100：在冷板基体的焊接区域上加工出涡状流道，同时形成涡状筋条；
S200：将盖板置于焊接区域进行搅拌摩擦焊，使得涡状筋条的顶部抵接盖板底部；
S300：控制搅拌摩擦焊针的焊入深度，其中所述焊入深度大于所述盖板的厚度；
S400：将走刀路径与所述涡状筋条以及焊接区域轮廓吻合形成焊接轨迹。
工作原理及有益效果：1、现有技术在焊接区域，也就是盖板的安装位置，在盖板与冷板基体焊接之后，盖板与冷板基体之间具有一定的间隙，且盖板与冷板基体之间只有一圈通过搅拌摩擦焊形成的线性轨迹，仅仅能够实现盖板与冷板基体的固定，焊接面积太小，导致相邻流道之间的间隔性极差，也无法承受较强的打压，而本方案将涡状筋条与盖板焊接接触，显著增加了焊接面积，也更好地隔开了流道，使得其间隔性大大提高，可承受30-35bar的打压，显著降低了漏水的问题发生；
2、相比较传统通过真空钎焊的方式，本方案的加工成本更低，制造成的产品成本更低，采购的设备成本也更低，性价比高；
3、本方案可通过现有的搅拌摩擦焊设备自动完成，加工效率相比原先方案并不会降低多少，但是加工质量显著提高。
进一步地，搅拌摩擦焊的焊接接头包括圆柱形基台和基台下方的圆台形搅拌摩擦焊针，当所述基台到盖板上表面的距离等于盖板厚度时，此时的搅拌摩擦焊针与盖板下表面重合面的截面直径小于所述涡状筋条的宽度。此设置，可保证当搅拌摩擦焊针继续伸入的时候，不会导致涡状筋条的两边被打穿，造成相邻流道连通的情况发生，因此只要按照这个标准进行选接头，就不会造成此类问题发生。
进一步地，所述焊接区域包括圆形、椭圆形或多边形的其中一种。可按照实际产品的设计进行选择。
进一步地，所述焊接区域为圆形，所述涡状筋条至少包括互相连接的两段轨迹，位于所述焊接区域的圆心位置为两段轨迹的起始端或终端，且此处两段轨迹不连接。当焊接区域为圆形的时候，可方便搅拌摩擦焊设备的加工，按照涡状筋条的设置，可最少只需要进行两次起刀-落刀循环操作，由于搅拌摩擦焊设备均采用数控加工方式，因此此设置也可方便设备代码的撰写。
进一步地，涡状筋条的宽度为D，所述搅拌摩擦焊针与盖板下表面重合面的截面直径为d,d与D的关系式为：
d＝0.6～0.8D,以此公式为标准选取搅拌摩擦焊接头。
此设置，由于涡状筋条的设计宽度尺寸是已知的，根据上述公式可方便地计算出d的需求，再根据已知搅拌摩擦焊接头来进行选择，优选的，还可以预先统计好搅拌摩擦焊接头的尺寸数据，建立在制图软件中，通过制图软件可方便地计算出搅拌摩擦焊接头不同高度的截面尺寸，如AUTOCAD或solidworks，可极大地方便搅拌摩擦焊接头的选择。
进一步地，焊接时，所述基台的下表面与所述盖板的上表面贴合。此设置，通过将基台与盖板贴合，使得焊接时，盖板能够和基体更好地贴合，从而消除了盖板与焊接区域之间的间隙，达到了更好地流道间隔性。
进一步地，搅拌摩擦焊通过两次起刀和落刀将所述盖板和涡状筋条以及冷板基体焊接在一起。减少起刀和落刀步骤，可显著提高加工效率。
进一步地，所述涡状流道和涡状筋条通过CNC加工而成。此设置，通过CNC加工可快速且精确地铣出涡状流道和涡状筋条，加工方便，且技术成熟。
进一步地，焊接完成后对冷板基体表面进行整平处理。此设置，可更好地保证散热器表面的平整度，方便后续进行表面处理加工等操作。
一种散热器包括运用上述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺制成的散热器，所述散热器上设有分别与涡状流道连通的进水嘴和出水嘴。此工艺制成的液冷散热器，具有极好的抗压性能和流道间隔性以及优秀的防漏水能力。
附图说明
图1是传统工艺的加工示意图；
图2是本发明的加工工艺的示意图；
图3是图2中搅拌摩擦焊针的轨迹剖面示意图；
图4是搅拌摩擦焊的焊接接头结构示意图；
图5是搅拌摩擦焊的焊接接头选型示意图；
图6是本发明加工工艺制成的产品示意图。
图中，1、冷板基体；2、焊接区域；3、涡状流道；4、涡状筋条；5、盖板；6、基台；7、搅拌摩擦焊针；8、进水嘴；9、出水嘴。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，图1中表示了传统工艺对盖板5的焊接示意图，可见传统工艺的焊接轨迹仅仅只是绕了盖板5一圈，仅仅能够实现盖板5与冷板基体1的固定，焊接面积太小，导致相邻流道之间的间隔性极差，也无法承受30-35bar的打压。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种新的方案，下面为本方案的实施例：
如图2-3所示，本应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺包括以下加工步骤：
S100：在冷板基体1的焊接区域2上通过CNC加工铣出涡状流道3，同时形成涡状筋条4；
S200：将盖板5置于焊接区域2进行搅拌摩擦焊，使得涡状筋条4的顶部抵接盖板5底部；
S300：控制搅拌摩擦焊针7的焊入深度，其中焊入深度大于盖板5的厚度；
S400：将走刀路径与涡状筋条4以及焊接区域2轮廓吻合形成焊接轨迹，搅拌摩擦焊通过两次起刀和落刀将盖板5和涡状筋条4以及冷板基体1焊接在一起，其中焊接区域2为圆形，涡状筋条4至少包括互相连接的两段轨迹，位于焊接区域2的圆心位置为两段轨迹的起始端或终端，且此处两段轨迹不连接。当焊接区域2为圆形的时候，可方便搅拌摩擦焊设备的加工，按照涡状筋条4的设置，可最少只需要进行两次起刀-落刀循环操作，由于搅拌摩擦焊设备均采用数控加工方式，因此此设置也可方便设备代码的撰写。
S500：焊接完成后对冷板基体1表面进行整平处理，也就是附图2中的精加工操作。此设置，可更好地保证散热器表面的平整度，方便后续进行表面处理加工等操作。
请参阅图4和图5，具体地，搅拌摩擦焊的焊接接头包括圆柱形基台6和基台6下方的圆台形搅拌摩擦焊针7，当基台6到盖板5上表面的距离等于盖板5厚度时，此时的搅拌摩擦焊针7与盖板5下表面重合面的截面直径小于涡状筋条4的宽度。此设置，可保证当搅拌摩擦焊针7继续伸入的时候，不会导致涡状筋条4的两边被打穿，造成相邻流道连通的情况发生，因此只要按照这个标准进行选接头，就不会造成此类问题发生。
具体地，涡状筋条4的宽度为D，搅拌摩擦焊针7与盖板5下表面重合面的截面直径为d，也就是搅拌摩擦焊针7自基台6下表面所在高度向下移动H高度时，H为盖板5的厚度,d与D的关系式为：
d＝0.6～0.8D,以此公式为标准选取搅拌摩擦焊接头。
此设置，由于涡状筋条4的设计宽度尺寸是已知的，根据上述公式可方便地计算出d的需求，再根据已知搅拌摩擦焊接头来进行选择，优选的，还可以预先统计好搅拌摩擦焊接头的尺寸数据，建立在制图软件中，通过制图软件可方便地计算出搅拌摩擦焊接头不同高度的截面尺寸，如AUTOCAD或solidworks，可极大地方便搅拌摩擦焊接头的选择。
请参阅图6，一种散热器包括运用上述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺制成的散热器，散热器上设有分别与涡状流道3连通的进水嘴8和出水嘴9。此工艺制成的液冷散热器，具有极好的抗压性能和流道间隔性以及优秀的防漏水能力。
本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
尽管本文较多地使用了冷板基体1、焊接区域2、涡状流道3、涡状筋条4、盖板5、基台6、搅拌摩擦焊针7、进水嘴8、出水嘴9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，包括以下加工步骤：
在冷板基体的焊接区域上加工出涡状流道，同时形成涡状筋条；
将盖板置于焊接区域进行搅拌摩擦焊，使得涡状筋条的顶部抵接盖板底部；
控制搅拌摩擦焊针的焊入深度，其中所述焊入深度大于所述盖板的厚度；将走刀路径与所述涡状筋条以及焊接区域轮廓吻合形成焊接轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，搅拌摩擦焊的焊接接头包括圆柱形基台和基台下方的圆台形搅拌摩擦焊针，当所述基台到盖板上表面的距离等于盖板厚度时，此时的搅拌摩擦焊针与盖板下表面重合面的截面直径小于所述涡状筋条的宽度。
3.根据权利要求1所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，所述焊接区域包括圆形、椭圆形或多边形的其中一种。
4.根据权利要求3所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，所述焊接区域为圆形，所述涡状筋条至少包括互相连接的两段轨迹，位于所述焊接区域的圆心位置为两段轨迹的起始端或终端，且此处两段轨迹不连接。
5.根据权利要求2所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，涡状筋条的宽度为D，所述搅拌摩擦焊针与盖板下表面重合面的截面直径为d,d与D的关系式为：
d＝0.6～0.8D,以此公式为标准选取搅拌摩擦焊接头。
6.根据权利要求5所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，焊接时，所述基台的下表面与所述盖板的上表面贴合。
7.根据权利要求4所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，搅拌摩擦焊通过两次起刀和落刀将所述盖板和涡状筋条以及冷板基体焊接在一起。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，所述涡状流道和涡状筋条通过CNC加工而成。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺，其特征在于，焊接完成后对冷板基体表面进行整平处理。
10.一种散热器，其特征在于，包括运用权利要求1-9任意一项所述的一种应用搅拌摩擦焊散热器的焊接工艺制成的散热器，所述散热器上设有分别与涡状流道连通的进水嘴和出水嘴。
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